[論文レビュー] Evidence against correlations between nuclear decay rates and Earth-Sun distance

E. B. Norman, Edgardo Browne+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2008

Radioactive Decay and Measurement Techniques参考文献 6被引用数 77

ひとこと要約

本研究は、22Na、44Ti、108Agm、121Snm、133Ba、および 241Am のガンマ線崩壊データを15年間にわたり再分析し、Jenkins らが以前に提唱したように、その崩壊率が地球-太陽距離と相関しているかどうかを検証する。著者らは、そのような相関の証拠を発見できず、年間変動の振幅について 3σ 上限を 0.004% から 0.06% の間で設定した。これは、太陽ニュートリノや未知の太陽場が崩壊率の変動を引き起こすとされるメカニズムを強く否定するものである。

ABSTRACT

We have reexamined our previously published data to search for evidence of correlations between the rates for the alpha, beta-minus, beta-plus, and electron-capture decays of 22Na, 44Ti, 108Agm, 121Snm, 133Ba, and 241Am and the Earth-Sun distance. We find no evidence for such correlations and set limits on the possible amplitudes of such correlations substantially smaller than those observed in previous experiments.

研究の動機と目的

• 長寿命同位体の核崩壊率が地球-太陽距離と年単位で相関するという仮説を検証すること。
• そのような変動が太陽ニュートリノフラックスまたは未知の太陽場によって引き起こされる可能性があるかどうかを調査すること。
• 15年間にわたる高精度なガンマ線崩壊データを再分析し、微細な周期的変動を検出すること。
• 同位体比分析を用いて、検出器や電子回路のずれに起因する系統的誤差を最小限に抑えること。
• そのような相関の振幅について、以前の実験的主張を上回る厳密な上限を設定すること。

提案手法

• 44Ti、121Snm、および 108Agm のガンマ線スペクトルを、長期間（1〜2年）にわたり高純度ゲルマニウム検出器を用いて収集した。
• ピーク領域からバックグラウンド領域を差し引くことで、純粋な崩壊信号のピーク面積を測定した。
• 正確に知られた半減期を持つ基準同位体（例：241Am、133Ba）を用いて比をとることで、機器のずれの影響を最小限に抑えた。
• λeff = λ1 - λ2 を用いて、期待される指数関数的崩壊を補正し、周期的変動の可能性を分離した。
• カイ二乗自由度（χ²/ν）検定を用い、変動なし（帰無仮説）と地球-太陽距離に相関する年間変動（Jenkins仮説）を比較した。
• 提案された年間変動の振幅を変化させ、∆χ² = 9 の基準を用いて 3σ 上限を特定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 核崩壊率と地球-太陽距離の間に統計的に有意な相関があるか？
• RQ2 異なる同位体のアルファ崩壊、ベータマイナス崩壊、ベータプラス崩壊、および電子捕獲崩壊が、同期した年間変動を示すか？
• RQ3 過去の研究で観測された年間変動は、機器のずれや系統的誤差によって説明できるか？
• RQ4 本研究の精度を考慮した場合、そのような相関の振幅の上限は何か？
• RQ5 崩壊率が地球-太陽距離と相関している場合、2種類の異なる同位体の崩壊率比に年間変動が現れるか？

主な発見

• 22Na、44Ti、108Agm、121Snm、133Ba、および 241Am の崩壊率と地球-太陽距離との間に相関の証拠は見つからなかった。
• 帰無仮説（年間変動なし）が強く支持され、22Na/44Ti、241Am/121Snm、133Ba/108Agm のデータセットについて、それぞれ χ²/ν 値が 1.08、1.09、1.23 であった。
• Jenkins仮説（1/R²_ES に相関する年間変動）は、同様のデータセットについて χ²/ν 値が 3.39、5.25、20.8 であったため、棄却された。
• 地球-太陽距離に相関する変動の振幅についての 3σ 上限は、22Na/44Ti で 0.06%、241Am/121Snm で 0.024%、133Ba/108Agm で 0.004% であった。
• これらの上限は、Alburger ら、Siegert ら、Falkenberg が報告した振幅の 2.5 から 37 倍も小さい。
• 結果として、崩壊率の変動の原因として太陽ニュートリノフラックスや未知の太陽場を含むメカニズムは、強く否定される。