[논문 리뷰] Search for time modulations in the decay rate of 40K and 232Th and influence of a scalar field from the Sun

E. Bellotti, C. Broggini외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 11. 27.

Radioactive Decay and Measurement Techniques인용 수 1

한 줄 요약

이 연구는 그란 사소 래보러터리에서 약 500일 간 40K와 232Th의 붕괴 비율에 대한 시간적 변동성을 조사하여 태양의 스칼라 장 또는 주기적인 환경적 영향을 테스트한다. 유의미한 시간 의존성 변화는 관측되지 않았으며, 감도는 약 10^5당 몇 퍼센트 수준까지 도달하여 퍼밀 수준의 검출 가능한 변동성을 배제한다.

ABSTRACT

Time modulations at per mil level have been reported to take place in the decay constant of about 15 nuclei with period of one year (most cases) but also of about one month or one day. In this paper we give the results of the activity measurement of a 40K source and a 232Th one. The two experiments have been done at the Gran Sasso Laboratory during a period of about 500 days, above ground (40K) and underground (232Th) with a target sensitivity of a few parts over 10^5. We also give the results of the activity measurement at the time of the X-class solar flares which took place in May 2013. Briefly, our measurements do not show any evidence of unexpected time dependence in the decay rate of 40K and 232Th.

연구 동기 및 목표

• 이전에 다른 뉴클리드에 대해 보고된 바와 같이, 40K와 232Th 붕괴 비율의 연주기, 월주기, 일주기의 주기적 변동성을 테스트하기 위해.
• 태양으로부터 온 스칼라 장이 방사성 붕괴 비율에 영향을 줄 수 있는지 조사하기 위해.
• 약간의 부분(10^5당 몇 퍼센트 수준)의 감도를 확보하여 약한 시간 의존성 효과를 검출할 수 있도록 하기 위해.
• 2013년 5월의 X급 태양 플레어 동안 붕괴 비율 행동을 검토하여 관련성이 있는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 40K 원천의 활성도 측정은 그란 사소 래보러터리에서 지상에서 약 500일 간 수행되었다.
• 232Th 원천은 배경 간섭을 줄이고 환경적 영향을 테스트하기 위해 지하에서 측정되었다.
• 고정밀 수치계측 장치를 사용하여 퍼밀 수준의 변동성에 감도를 확보하였다.
• 1년, 1개월, 1일 주기의 주기적 변동성을 분석하기 위해 데이터를 분석하였다.
• 2013년 5월의 X급 태양 플레어가 붕괴 비율에 임시적인 영향을 미치는지 특별히 검토하였다.
• 목표 감도 범위 내에서 일정한 붕괴 비율에서의 편차를 탐지하기 위해 통계 분석을 적용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이전에 다른 동위 원소에 대해 보고된 바와 같이, 40K와 232Th 붕괴 비율이 1년 주기의 주기적 변동성을 보이는가?
• RQ2 이 뉴클리드에서 1개월 또는 1일 주기의 붕괴 비율 변화가 검출 가능한가?
• RQ3 태양으로부터 온 스칼라 장이 40K와 232Th 붕괴 비율에 영향을 줄 수 있는가?
• RQ4 2013년 5월의 X급 태양 플레어와 붕괴 비율의 일시적 변화 사이에 상관관계가 있는가?
• RQ5 이 실험에서 시간 의존성 붕괴 비율 변화를 검출하는 감도 한계는 무엇인가?

주요 결과

• 약 500일 간의 측정 기간 동안 40K 붕괴 비율에 유의미한 시간적 변동성이 관측되지 않았다.
• 지하에서 측정한 결과에도 불구하고, 232Th 붕괴 비율에 주기적 변화의 증거는 발견되지 않았다.
• 실험 감도는 약 10^5당 몇 퍼센트 수준에 도달하여 잠재적인 시간 의존성 효과에 대한 강력한 상한선을 설정하였다.
• 2013년 5월의 X급 태양 플레어와 40K나 232Th의 붕괴 비율에 이상 현상 사이에 상관관계는 발견되지 않았다.
• 실험 조건 하에서 두 동위원소에 대해 퍼밀 수준의 검출 가능한 붕괴 비율 변화는 배제된다.