Dziwne rozpady jąder promieniotwórczych Tadek Kozłowski IPJ 17 października 2008

Rozpad promieniotwórczy: proces statystyczny – nie można przewidzieć chwili, kiedy to nastąpi dla danego atomu (śmierć bez starzenia się!) Warunki: 1. wszystkie atomy są identyczne; 2. szansa rozpadu nie zależy od wieku atomu. - aktywność (dN/dt) jest wyłącznie zależna od liczby atomów w danej chwili.

Eksponenta – jedyna krzywa, która się skaluje N0N0 2N 0

Ad. 1 Kaony (i B) neutralne (o określonych dziwnościach) są sumą dwu różnych stanów o różnych masach (pomijając małe CP) -pojawiają się oscylacje, efektywna stała rozpadu zależy od czasu, jaki upłynął od chwili powstania K 0 w spoczynku

Δm = 0Δm = 1/τ S t/ S Δm × τ S = ± Dla poruszających się neutrin t L i czysty stan o określonym zapachu przechodzi w mieszaninę różnych zapachów. Δm = 3.48 * eV

Stała rozpadu nie zależy od czynników zewnętrznych, za wyjątkiem rozpadu beta poprzez wychwyt elektronu EC {(A,Z) + e-} {(A,Z-1)} + ν - ładunek atomu się nie zmienia, β+ {(A,Z) + e-} {(A,Z-1) + e-} + e+ + ν -zmniejsza się o 1 Klasyczny przykład: Wpływ struktury elektronowej jonu na czasy życia jest badany w GSI poprzez pomiary czasów życia jonów o małej (czasem żadnej) liczbie elektronów od 1991 r. W tych badaniach biorą udział fizycy z Warszawy.

et al –14 Jan 2008 – Phys. Lett. B664(2008)162 Badanie wpływu stanu atomu na czasy życia rozpadu beta

Metoda (GSI): Synchrotron SIS produkuje jony (np. 152 Sm) MeV/N; Fragmenty oddziaływania z tarczą Be rozdzielane przez FRS (FoRward Spectr.) Pojedyncze zgęstki o energii 400MeV/N (< 1 μs) zawierające średnio dwa jony H - podobne wprowadzane do ESR (Exp. Storage Ring) (obwód m, próżnia < bar); Chłodzenie stochastyczne i elektronowe schładza w ciągu 2-10 s jony o γ = 1.43 do Δv/v = 5*10 -7 M/q mierzone przez częstość (2 MHz) obiegu jonu metodą pomiaru sygnału szumu Schottky (SMS – Schottky Mass Spectroscopy); rozpady EC (wychwyt e) obserwowane przez inną (schłodzenie w ciągu s) częstość obiegu wynikającą ze zmiany masy (nie ładunku) - ESR zapewnia brak strat. Czas życia jonu w ESR > 1.5 h.

Tylko EC – bo po rozpadzie + nie mieści się w zakresie

T osc = 7.06(8) s 7.10(22) s φ 16 s 11 s Χ 2 /D Pr 142 Pm a 0.2

Interpretacja autorów: oscylacje stanu jądro + neutrino υ 1 i υ M d = MeV/c 2 Δm 2 = 4.44(5) * eV słoneczne + reaktorowe

Od tego czasu ponad 20 prac (teoretycznych) i 2 dośw. 142 Pm – kanał EC Krytyka autorów z GSI: rozpad w ośrodku (3 ciała) Teoretyczne: kilku fizyków niem. i austr. (+ H. Lipkin) usiłuje przekonać wszystkich pozostałych, że mieszanie neutrin jest w stanie wywołać oscylacje w EC (w Berkeley)

Ze wstępu wynika, że EC spełnia w pełni warunki na czysty zanik eksponencjalny – w momencie powstania jony są identyczne. Obala to mechanikę kwantową (sem. T.K , prof. Zrałek) wg. której proces bez pomiaru neutrina opisuje się sumą (niekoherentną) prawdopodobieństw emisji neutrin o różnych masach (gdyż neutrina nie są mierzone) - nie ma więc interferencji, czyli oscylacji. Łamie się przyczynowość: w rozpadzie powstaje określony stan o zapachu elektronowym, który następnie oscyluje oddalając się od punktu rozpadu. Identycznie postulowano oscylacje z procesu - p K 0 Interpretacja błędna gdyż:

Analogicznie jak dla K wyprodukowane zostały dwa stany o różnych masach m 1 – m eV jon ma tylko jeden elektron; stany nadsubtelne jonu (1/2 i 3/2) różnią się o 1 eV i w czasie < s następuje deekscytacja stanu 3/2 mechanizm rozszczepienia stanu podstawowego jądra o eV – nieznany, ani dlaczego miałby powstać stan koherentny Wyjaśnienie (?): Jednakże:

Wytłumaczenie: błąd pomiaru (np. zakłócenia przez schładzanie elektronowe?); błąd analizy (wpływ początku widma, nieprawidłowa metoda obróbki danych - 2 słuszne jedynie dla dużej liczby zdarzeń; należało uwzględnić rozkład Poissona; Brak oscylacji dla 140 Pm: prawdopodobieństwo (wg. autorów) (moje oszacowanie)

Praca cytowana,lecz nie porównywana a jej dane nie użyte do analizy. Wniosek (mój): W GSI nie zaobserwowano żadnych oscylacji w rozpadzie przez EC Szerokość kanału 10.5 s

– 15 Oct 2008

Sumaryczna prędkość Ziemi i Słońca względem centrum Galaktyki: Maksimum – 2 czerwiec - V 248 km/h Minimum – 2 grudzień - V 219 km/h

R v V= cos( /3)cos(2 / (t-152.5)) km/s = = 232( ) Słońce - Ziemia największa odległość 3 lipca – km najmniejsza odległość 2 stycznia – km mimośród –

Strumień cząstek wyprodukowanych na Słońcu a dochodzący do Ziemi jest: 1/R 2 (jak i wielkość siły grawitacyjnej) (całkowity strumień neutrin słonecznych 6 * /cm 2 /s) Strumień cząstek w spoczynku (wywołany przez ruch): = n * v (gęstość cząstek * prędkość) WIMPs, neutrina reliktowe (strumień k * /cm 2 /s)

Superkamiokande I Amlituda: (mimośród) 2 = 3.3% 1/R 2 (a.u. 2 )

– 25 Aug 2008 Prawdopodobieństwo braku korelacji – 1 * Dane z pomiaru stosunku aktywności 32 Si/ 36 Cl (rozpad beta) w BNL T 1/2 ( 32 Si)= 172(4) y; T 1/2 ( 36 Cl) = y Fischbach – piąta siła

Aktywność 226 Ra (rozpad alfa) mierzona przez 15 lat w Physikalisch-Technische Bundesandstalt (PTB) w Niemczech

Dyskusja: efekt tła – nieprawdopodobny (różne rozpady, różne techniki detekcji (licznik prop., komora jonizacyjna, eksperymenty odległe w przestrzeni) teoria modulacji stałych uniwersalnych: Barlow, Show postulują,ze Słońce jest otoczone polem skalarnym modulującym stałą struktury subtelnej ; energia wiązania jądra zależy od poprzez człon kulombowski ( + małe człony wynikające z ładunku kwarków) Stała rozpadu silnie zależy od energii przejścia (do 5-3 potęgi dla rozpadu beta) Jednakże efekt o wiele rzędów za duży.

wpływ neutrin słonecznych (i WIMPs) na prędkości rozpadu (jak??). Wiąże się to z poszukiwaniami zależności wielkości strumienia neutrin od aktywności Słońca (np. wybuchów na Słońcu) – 22 Aug efekt 7 N e – N m = (7.51 ± 1.07) * 10 5

Zależność wielkości strumienia neutrin od aktywności Słońca (np. wybuchów na Słońcu) Jakoby widziano ten efekt w eksperymencie Cl Davisa. Kamiokande to odrzuca, ale problem nie jest ostatecznie rozstrzygnięty (jak również wpływ aktywności Słońca, jego obrotów i innych periodycznych zmian) – problem ze statystyką ilości neutrin - może SK IV poprawi sytuację, lecz potrzebne są detektory większe niż 50 kT SK. Jeśli liczba rozpadów jąder zależy od strumienia neutrin, to mamy nowy detektor neutrin!

Autorzy: Istnienie takich efektów może wyjaśnić rozbieżności w wielkościach czasów życia mierzonych w różnych czasach (np. 32 Si, 44 Ti, 137 Cs). – może aktywność izotopu zależy od odległości od Słońca, czy jego aktywności. Horror dla datowania! 44 Ti ważny dla datowania meteorytów

25 x 9.7 kg NaI(Tl) in a 5x5 matrix DAMA/NaI DAMA/LIBRA Apr 2008

3.2 keV Linia K z 40 K z wewnętrznych zanieczyszczeń w koincydencji z linią 1461 keV mierzoną przez sąsiedni detektor Efekt DAMA można wyjaśnić przez oscylacje rozpadu 40 K - łatwo sprawdzić doświadczalnie!

– 24 Sep 2008 Cassini wykorzystywał energię (13 kW) rozpadu alfa 238 Pu (7.7 kg, T 1/2 = 88 y) do produkcji 878 W mocy elektr. Wystartował w 1997 i osiągnął Saturna w Wpływ odległości co najmniej 350 razy mniejszy niż wynika z poprzednich pomiarów.

Konkluzja z tej pracy: Stwierdzenie Rutherforda (1930): Prędkość transformacji pierwiastka nie zależy od żadnych warunków została solidnie potwierdzona doświadczalnie przynajmniej od Wenus (R=0.70) do Marsa (R=1.5). Lecz: a może efekt występuje tylko dla niektórych jąder? (np. silniejszy dla dłuższych czasów życia)