[論文レビュー] Evidence of Neutrino Flux effect on Alpha Emission Radioactive Half-Life

Jonathan Walg, Anatoly Rodnianski+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2019

Radioactive Decay and Measurement Techniques参考文献 8被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、太陽のニュートリノフラックスの変動が、アルファ崩壊を示す核種、特にAm-241の崩壊半減期に影響を与える実験的証拠を提示している。太陽フレアの20日後、その影響が現れる。ナトリウムヨウ化セシウム（NaI(Tl)）シンチレーターを用いた遮蔽され、地下に設置された検出器システムにより、太陽X線フレアに応じた連動する計数率変化が観測され、標準模型では説明できないニュートリノ誘発の崩壊率変調が示唆された。

ABSTRACT

Radioactive sources presented annual periodical half-life changes in several accurate measurements, although customary practice claims that radioactive decay should be a physical constant for each radionuclide. Besides that, the Purdue measurements of Mn-54 decay-rates indicated response to solar X-ray flare events in 2006. The Mn-54 source emits neutrino from the nucleus and therefore allows interpreting those solar neutrinos can interact with this radiation source. In order to track more radiation count-rate responses to solar flare events, we built an experimental detector system for gamma radiation count-rates measurements, facing an Am-241 source. The system was placed at an underground laboratory, permanently locked to avoid any influence by unexpected radiation perturbations, and environmentally controlled in means of temperature and clean-air flow, in order to maintain detector stabilization. The detector consist of NaI(Tl) scintillators for gamma radiation and total-counting reader devices for remote counting. Each radiation counting system was shielded by a 5 cm lead. One month prior to flare events from the Sun, all three detectors showed reasonably stable count-rates, which were tallied every 15 minutes. Five solar-flares occurred and reported by the SpaceWeatherLive website on 12th to 13th of October 2018. The Am-241 system response to solar flares found to be with a delay of around 20 days. We conclude that also for alpha emitter radioactive sources, the half-life altered due to changes of neutrino flux from the Sun. Our measurements indicated that an alpha emitter was affected by the neutrino flux change from the Sun.

研究の動機と目的

• 太陽のニュートリノフラックスの変動が、アルファ崩壊を示すラジオアイソトープの崩壊速度に影響を与えるかどうかを調査すること。
• ニュートリノの相互作用が放射性崩壊定数に影響を与えるという仮説を検証し、崩壊定数の一定性という従来の仮定に挑戦すること。
• 制御された遮蔽環境におけるガンマ線計数率応答を測定し、太陽フレアイベントと相関づけること。
• 地下実験施設における安定的で長期的な実験装置を用いて、ニュートリノ誘発の半減期変化の可能性を探ること。
• Mn-54における崩壊率の異常観測を裏付けるために、Am-241のようなアルファ崩壊核種への分析を拡張すること。

提案手法

• Am-241源からのガンマ線計数率を測定するために、NaI(Tl)シンチレーターを備えた遮蔽され、地下に設置された検出器システムを導入した。
• 外部の摂動を最小限に抑えるために、環境制御（温度、空気の流れ）と物理的分離を維持した。
• 背景放射を低減し、検出器の安定性を確保するために、鉛遮蔽（5 cm）を用いた。
• 太陽フレア発生の1か月前から、15分ごとに計数率データを収集した。
• SpaceWeatherLiveの太陽フレアデータと照合し、2018年10月12日〜13日を焦点にした。
• 太陽フレア発生時刻と観測された放射能応答との間の時間遅れを分析し、ニュートリノフラックス効果を推定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 太陽のニュートリノフラックスの変動が、アルファ崩壊を示す核種の崩壊速度に測定可能な影響を与えるか？
• RQ2 太陽フレア発生とAm-241の放射能崩壊速度に顕著な変化が現れるまでの間に、時間遅れが存在するか？
• RQ3 原子核におけるニュートリノの相互作用が、アルファ崩壊体の半減期を変化させるか、制御された条件下で確認できるか？
• RQ4 地下に設置され遮蔽された環境で、長期的かつ安定的な測定が、微細なニュートリノ誘発の崩壊率変調を検出可能か？
• RQ5 観測された計数率応答は、既知の太陽フレア活動やニュートリノフラックス予測とどのように一致するか？

主な発見

• 2018年10月12日〜13日の太陽フレア発生後に、Am-241検出器システムは一貫した20日遅れの計数率応答を示した。
• 3つの独立した検出器で安定的かつ再現可能な計数率変化が観測され、ランダムでない外部要因の影響であることが示された。
• 観測された応答パターンは、太陽X線フレア活動およびニュートリノフラックスの変動と相関しており、因果関係がある可能性が示唆された。
• 結果から、アルファ崩壊半減期が外部のニュートリノフラックスによって変調される可能性があり、崩壊定数の一定性という仮定に疑問が呈された。
• 本研究は、Mn-54における先行研究をアルファ崩壊核種に拡張し、放射性崩壊に及ぼすニュートリノ効果の広範な可能性を示した。
• 実験装置は微細な放射能応答を的確に分離・測定でき、ニュートリノ誘発の崩壊率変化を検出可能であることを確認した。