[논문 리뷰] Evidence of Neutrino Flux effect on Alpha Emission Radioactive Half-Life

Jonathan Walg, Anatoly Rodnianski외 1명|arXiv (Cornell University)|2019. 02. 26.

Radioactive Decay and Measurement Techniques참고 문헌 8인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 태양 중성자율 변화가 알파 붕괴를 보이는 방사성 동위원소인 Am-241의 붕괴 반감기에 영향을 준다는 실험적 증거를 제시한다. 태양 플레어 이후 20일의 지연을 보이며, NaI(Tl) 심층 탐지기로 구성된 차폐된 지하 측정 시스템을 통해 관측된 결과로, 표준 모델에서의 붕괴 상수 불변성 이론을 뛰어넘는 중성자율 유도 붕괴율 조절 현상이 나타났다.

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.

연구 동기 및 목표

• 태양 중성자율 변화가 알파 붕괴를 보이는 방사성 뉴클리드의 붕괴율에 영향을 줄 수 있는지 조사하기.
• 중성자율 상호작용이 방사성 붕괴 상수에 영향을 줄 수 있다는 가설을 검증하여, 전통적인 붕괴 상수 불변성 가정에 도전하기.
• 태양 플레어 사건과 연관된 제어된 차폐 환경에서 감마선 카운트율 반응을 측정하고 상관관계를 분석하기.
• 지하 실험실에서 안정적이고 장기적인 실험 설정을 통해 중성자율 유도 붕괴 반감기 변화 가능성을 탐색하기.
• 이전 Mn-54에서의 붕괴율 이상 현상 관측 결과를 바탕으로, Am-241와 같은 알파 붕괴 동위원소로 분석 범위를 확장하기.

제안 방법

• Am-241 원천에서 방출되는 감마선 카운트율을 측정하기 위해 NaI(Tl) 심층 탐지기로 구성된 차폐된 지하 측정 시스템을 구축하였다.
• 외부 간섭을 최소화하기 위해 환경 제어(온도, 공기 흐름) 및 물리적 격리 조치를 유지하였다.
• 배경 방사선 감소와 탐지기 안정성 확보를 위해 5cm 두께의 lead 차폐를 사용하였다.
• 태양 플레어 사건 이전 1개월 동안 15분 간격으로 카운트율 데이터를 수집하였다.
• SpaceWeatherLive에서 제공한 태양 플레어 데이터와 연계하여, 2018년 10월 12–13일 사건에 집중적으로 분석하였다.
• 태양 플레어 발생과 관측된 방사능 반응 사이의 시간 지연을 분석하여 중성자율 영향을 추론하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양 중성자율 변화가 알파 붕괴를 보이는 동위원소의 붕괴율에 측정 가능한 영향을 줄 수 있는가?
• RQ2 태양 플레어 사건과 Am-241의 방사능 붕괴율에 감지 가능한 변화 사이에 시간 지연이 존재하는가?
• RQ3 원자핵과의 중성자율 상호작용이 제어 조건 하에서 알파 붕괴체의 반감기를 변화시킬 수 있는가?
• RQ4 지하 차폐 환경에서 장기적이고 안정적인 측정을 통해 미세한 중성자율 유도 붕괴율 조절을 감지할 수 있는가?
• RQ5 관측된 카운트율 반응 패턴은 알려진 태양 플레어 활동 및 중성자율 예측과 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 2018년 10월 12–13일 태양 플레어 이후 Am-241 탐지기 시스템에서 일관된 20일 지연 반응이 관측되었다.
• 세 개의 독립적 탐지기에서 동일한 카운트율 변화 패턴이 반복되어 나타나 비랜덤 외부 영향임을 시사하였다.
• 관측된 반응 패턴은 태양 X선 플레어 활동 및 중성자율 변화와 상관관계를 보이며 인과 관계를 시사하였다.
• 결과는 알파 붕괴 반감기가 외부 중성자율에 의해 조절될 수 있으며, 붕괴 상수 불변성 가정에 도전할 수 있음을 시사한다.
• 이전 Mn-54 연구 결과를 바탕으로 알파 붕괴체로 확장하여, 더 넓은 범위의 중성자율 영향 가능성을 제시하였다.
• 실험 설정은 미세한 방사능 반응을 효과적으로 격리하고 측정하여, 중성자율 유도 붕괴율 변화 감지의 가능성을 확인하였다.