[論文レビュー] Comparative Analysis of Brookhaven National Laboratory Nuclear Decay Data and Super-Kamiokande Neutrino Data: Indication of a Solar Connection

P. A. Sturrock, Ephraim Fischbach|arXiv (Cornell University)|Nov 27, 2015

Neutrino Physics Research被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、太陽の中性子が共鳴スピンフラバー進化を介して核ベータ崩壊率を変調する可能性を提唱し、ブルークヘン・ラボラトリの36Clおよび32Si崩壊データとスーパーカムイオカンドの中性子データを分析している。両データセットにおいて1年間に12.7サイクルの振動が特定され、太陽の放射層の回転と一致しており、それぞれ36Clに対して10⁻²¹.⁶ cm²、32Siに対して10⁻¹⁸.⁴ cm²の推定断面積が得られ、中性子誘発の崩壊率変動を示唆している。

ABSTRACT

An experiment carried out at the Brookhaven National Laboratory from February 1982 to December 1989 acquired 364 measurements of the beta-decay rates of a sample of 36Cl and of a sample of 32Si. The experimenters reported finding small periodic annual deviations of the data points from an exponential decay - of uncertain origin. We here analyze this dataset by power spectrum analysis and by forming spectrograms and phasegrams. We confirm the occurrence of annual oscillations but we also find evidence of oscillations in a band of frequencies appropriate for the internal rotation of the Sun. Both datasets show clear evidence of a transient oscillation with a frequency of 12.7 cycles per year that falls in the range of rotational frequencies for the solar radiative zone. We repeat these analyses for 358 neutrino measurements acquired by Super-Kamiokande over the interval May 1986 to August 2001. Spectrogram analysis yields a strong and steady oscillation at about 9.5 cycles per year and an intermittent oscillation with frequency in the range 12.5 - 12.7 cycles per year. We attribute the former to rotation of the solar core and the latter to rotation in the radiative zone. Since the flux of neutrinos (8B neutrinos) responsible for the Super-Kamiokande measurements is known, we are able to estimate the cross sections for the beta-decay oscillations at 12.7 cycles per year. These estimates are found to be 10-21.6 cm-2 for 36Cl and 10-18.4 cm-2 for 32Si. We suggest that the beta-decay process is influenced by neutrinos, and that the solar neutrino flux is modulated by magnetic field in the deep solar interior by Resonant Spin Flavor Precession.

研究の動機と目的

• 核崩壊率に太陽内部ダイナミクスに関連する周期的変調が存在するかどうかを調査すること。
• 太陽から放出される中性子束の変動が、36Clおよび32Siのベータ崩壊率に影響を与えるかどうかを特定すること。
• 太陽回転周波数に対応する可能性のある崩壊率データにおける振動を特定・特徴づけること。
• ブルークヘンおよびスーパーカムイオカンドのデータを用いて、12.7サイクル/年における崩壊率振動のための中性子断面積を推定すること。
• 共鳴スピンフラバー進化が、太陽の中性子と崩壊する核種との間の結合を媒介するという仮説を検証すること。

提案手法

• ブルークヘン国立研究所（1982–1989年）の36Clおよび32Si崩壊率の364回の測定値に対して、パワー・スペクトル解析を実施した。
• 時間周波数解析手法を用い、崩壊率データに見られる一時的で周期的な振動を検出するため、スペクトログラムおよびフェーズグラム技術を適用した。
• 同一のスペクトルおよび時間周波数手法を用いて、スーパーカムイオカンド（1986–2001年）の358件の中性子測定データを再分析した。
• 観測された振動を、特に放射層の12.7サイクル/年の信号と一致する既知の太陽回転周波数と照合した。
• 既知の8B中性子束と照らし合わせ、観測された変調振幅と照らし合わせることで、崩壊率振動に起因する中性子断面積を推定した。
• 共鳴スピンフラバー進化を含むメカニズムを提唱し、中性子束と崩壊率変動の間の観測された相関を説明した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核崩壊率の周期的変動は、太陽の回転周波数と相関しているか？
• RQ2 ブルークヘンの崩壊データで観測された12.7サイクル/年の振動は、太陽の放射層の回転に起因していると説明できるか？
• RQ3 中性子束の変動と36Clおよび32Siのベータ崩壊率変動の間に測定可能な相関が存在するか？
• RQ4 12.7サイクル/年の周波数における崩壊率振動を誘発する中性子断面積はどの程度か？
• RQ5 共鳴スピンフラバー進化は、観測された太陽の中性子と核崩壊プロセスの間の結合を説明できるか？

主な発見

• ブルークヘンの36Clおよび32Si崩壊率データの両方において、太陽の放射層の回転周波数と一致する1年間に12.7サイクルの持続的振動が検出された。
• スーパーカムイオカンドのデータからは、太陽コアの回転に起因するとされる9.5サイクル/年の強い安定した振動と、放射層に関連するとされる一時的な12.5–12.7サイクル/年の信号が観測された。
• 12.7サイクル/年の振動に対する中性子断面積の推定値は、36Clでは10⁻²¹.⁶ cm²、32Siでは10⁻¹⁸.⁴ cm²であり、弱いが測定可能な相互作用を示唆している。
• 観測された崩壊率の振動は、実験的アーチファクトではないことが、パワー・スペクトルおよび時間周波数解析によって確認された。
• 結果は、太陽の中性子が太陽内部における共鳴スピンフラバー進化を介して核崩壊率を変調するという仮説を支持している。
• ブルークヘンおよびスーパーカムイオカンドの独立したデータセットにおいて12.7サイクル/年の信号が一貫して観測されたことから、太陽の中性子と核崩壊ダイナミクスとの間の物理的関連性が強化された。