[論文レビュー] Nuclear decay parameter oscillations as possible signal of quantum-mechanical nonlinearity and emergent gravity

S. Mayburov|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2018

Radioactive Decay and Measurement Techniques参考文献 37被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、ポロニウム-214、プルシウム-238、ケイ素-32の実験で観測された核崩壊パラメータの周期的揺動が、重力の影響をモデル化するドーバー＝ゴールディン補正を施したハミルトニアンに起因する非線形量子力学に由来する可能性を提唱する。このモデルは、太陽の重力ポテンシャルの時間微分と関連づけ、α崩壊の半減期における観測された年間および1日周期の変調を、振幅10−3以内の一致で再現し、出現する重力および量子非線形性の兆候を示唆している。

ABSTRACT

Several experimental groups reported the evidence of multiple periodic modulations of nuclear decay constants which amplitudes are of the order .1% and periods of one year, 24 hours or about one month. We argue that such deviations from radioactive decay law can be described in nonlinear quantum mechanics framework, in which decay process obeys to nonlinear Shroedinger equation with Doebner-Goldin terms. Proposed corrections to Hamiltonian of quantum system interaction with gravitation field correspond to some emergent gravity theories, in particular, bilocal gravity model. Decay parameter variations under influence of Sun gravity, calculated in our model, agree well with experimental results for alpha-decay life-time oscillations of Polonium isotopes

研究の動機と目的

• 標準量子力学に反する、振幅約10−3、周期約1年および24時間の核崩壊定数の周期的変調を説明すること。
• 特にドーバー＝ゴールディン形式を含む非線形量子力学が、これらの崩壊パラメータの揺動を説明できるかどうかを調査すること。
• このような揺動と重力、特に二局所的重力などの出現的重力モデルとの関連を探索すること。
• 時間変化する重力ポテンシャル（例：太陽由来）が、ハミルトニアンの非線形補正を通じて崩壊率に測定可能な変化を引き起こす仮説を検証すること。
• 他の量子系、特に弱い重力勾配に敏感な生物学的プロセスに及ぼす影響を評価すること。

提案手法

• 標準ハミルトニアンを修正するため、ドーバー＝ゴールディン非線形量子力学の枠組みを採用し、重力ポテンシャルの時間微分に依存する項を導入する。
• α崩壊過程を、重力に結合した非線形項を含む非線形シュレーディンガー方程式に従うトンネル現象としてモデル化する。
• 相対座標 ⃗rs に結合する二局所的場演算子 Φ2 ∼ ∂tU(⃗Rn) を導入し、非線形摂動として作用させる。
• 太陽の時間変化する重力ポテンシャルに起因する、振動する時間依存の崩壊係数 D(t) を導出する。振幅は ∂tU に比例する。
• α崩壊のガモフ理論を基準とし、非線形補正を適用して時間依存の透過係数を計算する。
• 214Po崩壊の実験データと照合し、半減期における年間および1日周期の揺動に注目する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非線形量子力学は、観測された10−3レベルの年間および1日周期の核崩壊定数の揺動を説明できるか？
• RQ2 太陽の重力ポテンシャル、特にその時間微分が、崩壊率に測定可能な揺動を引き起こす能力を有するか？
• RQ3 ハミルトニアンにおけるドーバー＝ゴールディン非線形項は、重力に起因する崩壊パラメータの変動を一貫したメカニズムで説明できるか？
• RQ4 このモデルは、α崩壊とβ崩壊の両方の揺動を説明でき、崩壊種別に独立した普遍的メカニズムを示唆するか？
• RQ5 このモデルは、弱い重力勾配下で、生化学反応や発光反応などの他の量子系に観測可能な効果を予測するか？

主な発見

• モデルは、振幅が10−3程度の崩壊パラメータの揺動を予測し、214Po α崩壊の実験観測と一致する。
• 214Po崩壊半減期の年間および1日周期の変調は、太陽の重力ポテンシャルの時間微分 ∂tU が非線形補正を通じて作用することで再現される。
• 非線形項 F ∼ kb∂tU(⃗Rn)(∂²/∂⃗rs² + |ψ|⁻²|∂ψ/∂⃗rs|²) により、時間依存の透過係数が生成され、重力の変動に応じて振動する。
• このモデルは、α崩壊とβ崩壊の両方の揺動を、重力に起因する普遍的メカニズムで説明でき、従来理論に欠如していた共通の説明を提供する。
• 弱い重力勾配（例：月由来）が、バイオルミネッセンスなどの生物学的プロセスに影響を与える可能性があり、種子の発芽におけるδg時間微分依存性と整合的である。
• 結果は、量子スケールにおける等価原理の破れを示唆し、出現的重力のシナリオおよび非摂動的重力効果と整合的である。