[논문 리뷰] Nuclear decay parameter oscillations as possible signal of quantum-mechanical nonlinearity and emergent gravity

S. Mayburov|arXiv (Cornell University)|2018. 12. 03.

Radioactive Decay and Measurement Techniques참고 문헌 37인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 214Po, 238Pu 및 32Si에서 관측된 핵붕괴 매개변수의 주기적 진동이 비선형 양자역학, 특히 중력의 영향을 모델링하는 도브너-골딘 보정을 통해 해밀토니안에 포함된 것임을 제안한다. 이 모델은 이러한 진동을 태양의 중력포텐셜 시간도함수와 연결지어 연간 및 일일 조절을 재현하며, 진폭이 10−3 이내로 일치하여 잠재적인 기원 중력과 양자 비선형성의 신호를 시사한다.

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

연구 동기 및 목표

• 표준 양자역학과 모순되는 주기적 조절을 보이는 핵붕괴 상수의 진동(진폭 ~10−3, 주기 ~1년, 24시간)을 설명하기 위해.
• 특히 Doebner-Goldin 형식을 포함한 비선형 양자역학이 이러한 붕괴 매개변수 진동을 설명할 수 있는지 조사하기 위해.
• 이러한 진동과 중력, 특히 비국소 중력 모델인 이중지점 중력과의 연결 고리를 탐색하기 위해.
• 시간에 따라 변화하는 중력포텐셜(예: 태양에서 기인)이 해밀토니안의 비선형 보정을 통해 붕괴률에 측정 가능한 변화를 유도할 수 있는지 시험하기 위해.
• 약한 중력 기울기 변화에 민감한 다른 양자 시스템, 특히 생물학적 과정에 미치는 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 표준 해밀토니안을 수정하기 위해 Doebner-Goldin 비선형 양자역학 프레임워크를 채택하여 중력포텐셜 시간도함수에 의존하는 항을 도입한다.
• α붕괴 과정을 중력 연관 비선형 항을 포함한 비선형 슈뢰딩거 방정식에 의해 지배되는 턨널링 사건으로 모델링한다.
• 상대 좌표 ⃗rs에 대해 작용하는 비국소장 연산자 Φ2 ∼ ∂tU(⃗Rn)를 도입하여 비선형 교란으로 작용한다.
• 시간에 따라 변화하는 태양의 중력포텐셜에 의해 유도되는 진동을 보이는 수정된 붕괴계수 D(t)를 유도한다. 이 진폭은 ∂tU 비례한다.
• 기본으로 Gamow의 α붕괴 이론을 사용하고, 비선형 보정을 적용하여 시간에 의존하는 투과계수를 계산한다.
• 214Po 붕괴에 대한 모델 예측을 실험 데이터와 비교하며, 수명의 연간 및 일일 진동에 집중한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 비선형 양자역학이 관측된 10−3 수준의 연간 및 일일 조절을 설명할 수 있는가?
• RQ2 특히 태양 중력포텐셜의 시간도함수는 붕괴률에 측정 가능한 진동을 유도할 수 있는가?
• RQ3 해밀토니안 내 Doebner-Goldin 비선형 항이 중력에 의해 유도되는 붕괴 매개변수 변화에 일관된 메커니즘을 제공하는가?
• RQ4 이 모델은 α붕괴와 β붕괴의 진동을 모두 설명할 수 있으며, 붕괴 유형과 무관한 보편적 메커니즘을 시사하는가?
• RQ5 약한 중력 기울기 조건 하에서 생화학 반응이나 생물발광과 같은 다른 양자 시스템에 관측 가능한 영향을 예측하는가?

주요 결과

• 모델은 214Po α붕괴에 대해 관측된 결과와 일치하는 10−3 수준의 진폭을 보이는 붕괴 매개변수 진동을 예측한다.
• 214Po 붕괴 수명의 연간 및 일일 조절은 태양 중력포텐셜의 시간도함수 ∂tU가 비선형 보정을 통해 작용함으로써 재현된다.
• 이 모델은 중력과 관련된 보편적 메커니즘을 통해 α붕괴와 β붕괴의 진동을 모두 설명하며, 이는 이전 이론에서 공통된 설명이 부족했던 문제를 해결한다.
• 비선형 항 F ∼ kb∂tU(⃗Rn)(∂²/∂⃗rs² + |ψ|⁻²|∂ψ/∂⃗rs|²)는 시간에 따라 변화하는 투과계수를 도입하여 중력 변화에 따라 진동한다.
• 이 모델은 월과 같은 약한 중력 기울기가 생물학적 과정, 예를 들어 생물발광에 영향을 줄 수 있음을 시사하며, 이는 씨앗의 발달에서 관측된 δg 도함수 의존성과 일치한다.
• 결과적으로 이는 기원 중력 시나리오와 비임계 중력 효과와 일치하는 양자 척도에서 등가원리 위반의 가능성을 시사한다.