[논문 리뷰] 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)|2015. 11. 27.

Neutrino Physics Research인용 수 5

한 줄 요약

논문은 태양 중성자가 공명 스핀-플라버 프리세션을 통해 핵 베타 붕괴 속도를 조절한다고 제안하며, 브룩헤이븐의 36Cl 및 32Si 붕괴 데이터와 수퍼카미오칸데 중성자 데이터를 분석한다. 양 데이터셋에서 태양의 복사대역의 회전 주파수와 일치하는 연간 12.7개 주기의 진동을 확인하였으며, 추정된 단면적은 ³⁶Cl의 경우 10⁻²¹.⁶ cm², ³²Si의 경우 10⁻¹⁸.⁴ cm²로, 중성자에 의한 붕괴 속도 변화를 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 핵 붕괴 속도가 태양 내부 역학과 연관된 주기적 변동을 보이는지 조사하기.
• 태양으로부터의 중성자 플럭스 변화가 36Cl 및 32Si의 베타 붕괴 속도에 영향을 미치는지 확인하기.
• 태양의 회전 주파수와 대응할 수 있는 붕괴 속도 데이터의 진동을 식별하고 특성화하기.
• 브룩헤이븐 및 수퍼카미오칸데 데이터를 이용해 12.7 cycles/year에서의 붕괴 속도 진동에 대한 중성자 단면적 추정하기.
• 공명 스핀-플라버 프리세션을 통해 중성자 상호작용이 붕괴 핵과의 결합을 매개하는 가설을 검증하기.

제안 방법

• 브룩헤이븐 국립연구소(1982–1989)에서 확보한 36Cl 및 32Si 붕괴 속도에 대한 364개 측정값에 대해 파wer 스펙트럼 분석을 수행하였다.
• 시간-주파수 분석 기법인 스펙트로그램 및 페이즈그램을 활용해 붕괴 속도 데이터의 일시적 및 주기적 진동을 탐지하였다.
• 유사한 스펙트럼 및 시간-주파수 분석 방법을 사용해 수퍼카미오칸데(1986–2001)에서 확보한 358개 중성자 측정값을 재분석하였다.
• 관측된 진동을 알려진 태양의 회전 주파수와 연관지어 분석하였으며, 특히 복사대역의 주파수와 일치하는 12.7 cycles/year 신호를 확인하였다.
• 관측된 조절 진폭과 알려진 8B 중성자 플럭스를 비교하여 붕괴 속도 진동에 기여하는 중성자 단면적을 추정하였다.
• 관측된 중성자 플럭스와 붕괴 속도 조절 간의 상관관계를 설명하기 위해 공명 스핀-플라버 프리세션을 포함한 메커니즘을 제안하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 핵 붕괴 속도의 주기적 진동이 태양의 회전 주파수와 관련이 있는가?
• RQ2 브룩헤이븐 붕괴 데이터에서 관측된 12.7 cycles/year의 진동은 태양의 복사대역 회전에 기인한 것인가?
• RQ3 중성자 플럭스 변화와 36Cl 및 32Si의 베타 붕괴 속도 조절 간에 측정 가능한 상관관계가 있는가?
• RQ4 12.7 cycles/year에서 붕괴 속도 진동을 유도하는 데 필요한 중성자 단면적은 얼마인가?
• RQ5 공명 스핀-플라버 프리세션은 태양 중성자와 핵 붕괴 과정 간의 관측된 결합을 설명할 수 있는가?

주요 결과

• 브룩헤이븐의 36Cl 및 32Si 붕괴 속도 데이터에서 태양의 복사대역 회전 주파수와 일치하는 지속적인 12.7 cycles per year의 진동이 확인되었다.
• 수퍼카미오칸데 데이터에서는 태양의 핵 회전에 기인한 강력하고 일관된 9.5 cycles per year의 진동과 복사대역과 연관된 일시적인 12.5–12.7 cycles/year 신호를 확인하였다.
• 12.7 cycles/year 진동에 대한 중성자 단면적 추정치는 ³⁶Cl의 경우 10⁻²¹.⁶ cm², ³²Si의 경우 10⁻¹⁸.⁴ cm²로, 약하지만 측정 가능한 상호작용임을 시사한다.
• 관측된 붕괴 속도 진동은 전력 스펙트럼 및 시간-주파수 분석을 통해 실험적 오차로 인한 것이 아니라는 것이 확인되었다.
• 결과는 태양 중성자가 태양 내부에서 공명 스핀-플라버 프리세션을 통해 핵 붕괴 속도를 조절한다는 가설을 지지한다.
• 독립된 데이터셋(브룩헤이븐 및 수퍼카미오칸데) 간에 일관된 12.7 cycles/year 신호가 관측됨에 따라, 태양 중성자와 핵 붕괴 역학 간의 물리적 연결성이 강화된다.