[论文解读] Evidence of Neutrino Flux effect on Alpha Emission Radioactive Half-Life

Jonathan Walg, Anatoly Rodnianski+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2019

Radioactive Decay and Measurement Techniques参考文献 8被引用 5

一句话总结

本研究提供了实验证据，表明太阳中微子通量的变化会影响α衰变同位素（特别是Am-241）的放射性衰变半衰期，且在太阳耀斑后存在20天的延迟。通过使用屏蔽的地下探测器系统（配备NaI(Tl)闪烁体），研究者观察到在太阳X射线耀斑事件后，计数率出现相关变化，表明中微子可能引起衰变速率的调制，其效应超出了标准模型中衰变速率恒定的假设。

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.

研究动机与目标

• 研究太阳中微子通量的变化是否能够调制α衰变放射性核素的衰变速率。
• 检验中微子相互作用可能影响放射性衰变常数的假设，从而挑战衰变常数恒定的传统观念。
• 在受控的屏蔽环境中测量并关联伽马射线计数率响应与太阳耀斑事件。
• 通过地下实验室中稳定长期的实验装置，探索中微子诱导的半衰变变化可能性。
• 通过将分析扩展至Am-241等α发射同位素，验证先前关于Mn-54衰变速率异常现象的观测结果。

提出的方法

• 部署了配备NaI(Tl)闪烁体的屏蔽地下探测器系统，用于测量Am-241源的伽马射线计数率。
• 通过控制环境条件（温度、气流）并实现物理隔离，以最大限度减少外部干扰。
• 使用5厘米厚的铅屏蔽层，以降低背景辐射并确保探测器稳定性。
• 在太阳耀斑事件发生前的一个月内，每15分钟收集一次计数率数据。
• 将检测到的计数率变化与SpaceWeatherLive提供的太阳耀斑数据进行关联，重点关注2018年10月12日至13日的事件。
• 分析太阳耀斑发生与观测到的辐射响应之间的时间延迟，以推断中微子通量的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 太阳中微子通量的变化是否能引起α发射同位素衰变速率的可测量变化？
• RQ2 太阳耀斑事件与Am-241放射性衰变速率可检测变化之间是否存在时间延迟？
• RQ3 在受控条件下，中微子与原子核的相互作用是否改变α发射体的半衰期？
• RQ4 在地下屏蔽环境中长期稳定测量是否能够检测到细微的中微子诱导衰变速率调制？
• RQ5 观测到的计数率响应与已知的太阳耀斑活动及中微子通量预测相比如何？

主要发现

• Am-241探测器系统在2018年10月12日至13日太阳耀斑事件后，表现出一致的20天计数率响应延迟。
• 计数率变化在三个独立探测器中均稳定且可重复，表明存在非随机的外部影响。
• 观测到的响应模式与太阳X射线耀斑活动及中微子通量变化相关，提示存在因果关联。
• 结果表明，α衰变半衰期可能受外部中微子通量调制，挑战了衰变常数恒定的假设。
• 本研究将先前关于Mn-54的发现扩展至α发射体，表明中微子对放射性衰变的影响可能具有更广泛的影响。
• 实验装置成功隔离并测量了微弱的辐射响应，证实了检测中微子诱导衰变速率变化的可行性。