[论文解读] Variations of decay rates of radio-active elements and their connections with global anisotropy of physical space

Yu. A. Baurov, И. Ф. Малов|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2010

Relativity and Gravitational Theory参考文献 1被引用 13

一句话总结

该论文提出，放射性衰变速率的变化——表现为与地球相对于太阳位置相关的周期性波动——是由一种与物理空间全局各向异性的新各向异性力驱动的。该力通过太阳引力势产生的矢量势介导，通过改变原子核尺寸和库仑势垒透明度来调制衰变速率，观测到的偏差在α衰变中最高达0.25%，且周期性与地球公转运动一致。

ABSTRACT

The analysis of correlations between fluctuations of alpha- and beta-decay rates for different radio-active elements is carried out. These fluctuations exceed significantly errors of measurements in many cases. They have the periodical character and reveal definite spatial directions. We suggest that the observed fluctuations are caused by the unique physical reason connected with the global anisotropy of physical space and by the new force.

研究动机与目标

• 研究放射性同位素β衰变和α衰变速率中超出测量误差的未解周期性波动。
• 探讨这些衰变速率变化与地球相对于太阳轨道位置之间的关联。
• 提出一种涉及源自太阳引力势的新力和矢量势的物理机制。
• 考察此类变化对宇宙化学计时法及核衰变标准模型的影响。
• 评估原子核尺寸变化与各向异性空间在调制衰变速率中的作用。

提出的方法

• 分析布鲁克海文国家实验室和德国PTB实验室关于³²Si、³⁶Cl、²²⁶Ra、¹⁵²Eu和¹⁵⁴Eu衰变速率的长期实验数据。
• 使用函数U(t) = [N′(t)/N′₀(0)]exp(λt)检测对指数衰变定律的偏离。
• 将衰变速率波动与日地距离及轨道相位（特别是近日点和远日点）进行相关性分析。
• 计算由太阳引力势产生的矢量势ΔA∑，其与GmₑM_c/R²e sinγ ΔR成正比。
• 在α衰变和β衰变过程中，纳入新力的梯度对原子核尺寸和库仑势垒的影响。
• 将观测到的衰变速率调制与太阳磁周期相位及磁极反转进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 β衰变和α衰变速率的周期性波动是否与地球在绕太阳公转轨道上的位置相关？
• RQ2 这些波动是否可能由一种此前未被探测到的、与太阳引力势相关的各向异性力引起？
• RQ3 原子核尺寸变化和库仑势垒透明度的变化在多大程度上可解释观测到的衰变速率变化？
• RQ4 太阳引力场产生的矢量势ΔA∑的变化，与地球和太阳磁场产生的变化相比如何？
• RQ5 这些发现对宇宙化学计时法以及衰变速率在宇宙时间尺度上恒定的假设具有何种影响？

主要发现

• 在³²Si的β衰变和²²⁶Ra的α衰变中，观测到幅度高达0.25%的周期性波动，显著超过测量误差。
• 衰变速率波动与地球轨道相位明显相关，峰值出现在7月中旬至1月中旬之间，谷值出现在9月中旬至3月中旬之间。
• 由太阳引力势产生的矢量势ΔA∑计算值为5.6×10⁸ G·cm，与地球和太阳磁场的贡献量级相当。
• 1988年春季异常和1998年衰变速率最低点与太阳磁偶极子极性反转时间一致，表明与11年太阳周期存在关联。
• 观测效应归因于一种通过ΔA∑梯度作用的新各向异性力，该力改变了α衰变和β衰变中原子核尺寸和势垒透明度。
• 这些发现表明，衰变速率可能并非随时间恒定，可能需要对宇宙化学计时尺度进行修正。