[논문 리뷰] Evidence against correlations between nuclear decay rates and Earth-Sun distance

E. B. Norman, Edgardo Browne외 3명|arXiv (Cornell University)|2008. 10. 17.

Radioactive Decay and Measurement Techniques참고 문헌 6인용 수 77

한 줄 요약

이 연구는 22Na, 44Ti, 108Agm, 121Snm, 133Ba 및 241Am의 15년간의 감마선 붕괴 데이터를 재분석하여 이전에 Jenkins 등에 의해 제기된 바와 같이 붕괴율이 태양-지구 거리와 상관이 있는지 테스트한다. 저자들은 그러한 상관관계에 대한 증거를 발견하지 못했으며, 연간 변동의 진폭에 대해 3σ 상한선을 0.004%에서 0.06% 사이로 설정하여 태양 중성자율 또는 알려지지 않은 태양장이 붕괴율 변화의 원인일 수 있다는 제안된 메커니즘을 강하게 배제한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 장수성 동위원소의 붕괴율이 연주기적으로 지구-태양 거리와 상관이 있음을 시험하는 가설을 검증하기 위해.
• 그러한 변동이 태양 중성자율 또는 알려지지 않은 태양장에 의해 유도될 수 있는지 조사하기 위해.
• 미세한 주기적 변동을 탐지하기 위해 15년간의 고정밀 감마선 붕괴 데이터를 재분석하기 위해.
• 검출기나 전자기기의 드리프트로 인한 체계적 오차를 최소화하기 위해 동위원소 비율 분석을 사용하기 위해.
• 해당 상관관계의 진폭에 대해 엄격한 상한선을 설정하여 이전 실험적 주장보다 향상된 결과를 도출하기 위해.

제안 방법

• 44Ti, 121Snm 및 108Agm에 대해 장기간(1~2년) 동안 고순도 Germanium 검출기를 사용하여 감마선 스펙트럼을 측정하였다.
• 붕괴 신호를 추출하기 위해 피크 영역에서 배경 영역을 빼서 순 피크 면적을 측정하였다.
• 잘 알려진 반감기를 가진 기준 동위원소(예: 241Am, 133Ba)를 사용하여 비율화된 데이터를 형성함으로써 기기 드리프트 영향을 최소화하였다.
• 실제 측정된 비율을 λeff = λ1 - λ2를 사용하여 기대되는 지수 붕괴에 따라 보정함으로써 잠재적 주기적 변동을 분리하였다.
• 귀무가설(변동 없음)과 Jenkins 가설(1/R²_ES와 상관된 연간 변동)을 비교하기 위해 χ²/ν 검정을 적용하였다.
• 제안된 연간 변동의 진폭을 변화시켜 ∆χ² = 9 기준을 사용하여 3σ 상한선을 도출하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 핵 붕괴율과 지구-태양 거리 사이에 통계적으로 유의미한 상관관계가 있는가?
• RQ2 다른 동위원소의 알파 붕괴, 베타-마이너스 붕괴, 베타-플러스 붕괴 및 전자 포획 붕괴에서 연간 변동이 동기화되어 있는가?
• RQ3 이전 연구에서 관측된 연간 변동은 기기 드리프트 또는 체계적 오차로 설명될 수 있는가?
• RQ4 우리 데이터의 정밀도를 고려할 때, 그러한 상관관계의 진폭에 대한 상한선은 무엇인가?
• RQ5 만약 붕괴율이 지구-태양 거리와 상관이 있다면, 두 동위원소의 붕괴율 비율은 연간 변동을 보일까?

주요 결과

• 22Na, 44Ti, 108Agm, 121Snm, 133Ba 및 241Am의 붕괴율과 지구-태양 거리 사이에 상관관계가 없음을 발견하였다.
• 귀무가설(연간 변동 없음)이 강하게 지지되며, 각각 22Na/44Ti, 241Am/121Snm 및 133Ba/108Agm 데이터 세트에 대해 χ²/ν 값이 1.08, 1.09 및 1.23이었다.
• Jenkins 가설(1/R²_ES와 상관된 연간 변동)은 기각되었으며, 동일한 데이터 세트에 대해 χ²/ν 값이 3.39, 5.25 및 20.8이었다.
• 지구-태양 거리와 상관된 변동의 진폭에 대한 3σ 상한선은 22Na/44Ti에 대해 0.06%, 241Am/121Snm에 대해 0.024%, 133Ba/108Agm에 대해 0.004%로 결정되었다.
• 이 상한선들은 이전 연구에서 Alburger 등, Siegert 등, Falkenberg가 보고한 진폭보다 2.5배에서 37배 더 작았다.
• 결과적으로 태양 중성자율 또는 알려지지 않은 태양장이 붕괴율 변화의 원인일 수 있다는 제안된 메커니즘을 강하게 배제한다.