[论文解读] Evidence against correlations between nuclear decay rates and Earth-Sun distance

E. B. Norman, Edgardo Browne+3 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2008

Radioactive Decay and Measurement Techniques参考文献 6被引用 77

一句话总结

本研究重新分析了22Na、44Ti、108Agm、121Snm、133Ba和241Am的15年伽马射线衰变数据，以检验其衰变速率是否与地日距离相关，如Jenkins等人先前所建议。作者未发现此类相关性的证据，并设定了0.004%至0.06%的3σ幅度上限，强烈否定了涉及太阳中微子或未知太阳场的理论机制。

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.

研究动机与目标

• 检验长寿命核素衰变速率是否随地日距离呈年度相关变化的假设。
• 研究此类变化是否由太阳中微子通量或未知太阳场引起。
• 重新分析过去15年收集的高精度伽马射线衰变数据，以检测微弱的周期调制。
• 通过同位素比值分析，最小化探测器或电子学漂移带来的系统性影响。
• 对任何此类相关性的幅度设定严格上限，优于先前的实验报告。

提出的方法

• 使用高纯锗探测器对44Ti、121Snm和108Agm进行长时间（1–2年）的伽马射线能谱测量。
• 通过从峰区减去背景区来提取净峰面积，以提取衰变信号。
• 使用半衰期已知的参考同位素（如241Am、133Ba）形成比值数据，以最小化仪器漂移的影响。
• 利用λeff = λ1 - λ2对测量比值进行预期指数衰减校正，以分离潜在的周期性变化。
• 应用χ²/ν检验，将零假设（无变化）与Jenkins假设（年度变化与1/R²_ES相关）进行比较。
• 通过变化所提议的年度变化幅度，利用∆χ² = 9准则确定3σ上限。

实验结果

研究问题

• RQ1 核衰变速率与地日距离之间是否存在统计上显著的相关性？
• RQ2 不同同位素的α衰变、β⁻衰变、β⁺衰变和电子俘获衰变是否表现出同步的年度调制？
• RQ3 先前研究中观察到的年度变化能否由仪器漂移或系统性效应解释？
• RQ4 在本数据的精度下，此类相关性的幅度上限是多少？
• RQ5 如果衰变速率与地日距离相关，那么两个不同同位素的衰变速率比是否表现出年度变化？

主要发现

• 未发现22Na、44Ti、108Agm、121Snm、133Ba和241Am的衰变速率与地日距离之间存在相关性。
• 零假设（无年度变化）被强烈支持，22Na/44Ti、241Am/121Snm和133Ba/108Agm数据集的χ²/ν值分别为1.08、1.09和1.23。
• Jenkins假设（年度变化与1/R²_ES相关）被拒绝，同一组数据的χ²/ν值分别为3.39、5.25和20.8。
• 任何与地日距离相关的调制幅度的3σ上限确定为：22Na/44Ti为0.06%，241Am/121Snm为0.024%，133Ba/108Agm为0.004%。
• 这些上限比Alburger等人、Siegert等人和Falkenberg报告的幅度小2.5至37倍。
• 结果强烈否定了太阳中微子通量或未知太阳场作为衰变速率变化原因的理论机制。