Так ли постоянна «постоянная радиоактивного распада»?

В последние годы появилось несколько научных публикаций, доказывающих, что нейтрино, излучаемые солнцем, влияют на скорость радиоактивного распада на Земле. В ряде работ авторы доказывают наличие годичных циклов изменения скорости бета-распада некоторых изотопов. А недавно трое ученых нашли осциляции с частотой 11- и 12,5 циклов в год. Последние совпадают с циклами потоков нейтрино, зафиксированными в японской обсерваторией на детекторе Супер-Камиоканде. Но многие физики очень скептически отнеслись к этим результатам.

Сама по себе идея флуктуации скорости бета-распада очень противоречива. Ведь уже 80 лет известно, что радиоактивные вещества распадаются с фиксированной экспоненциальной скоростью при любых условиях окружающей среды. Теория о постоянстве скорости радиоактивного распада была выдвинута Эрнестом Резерфордом, Джеймсом Чедвиком и Чарльзом Эллисом в статье «Излучение радиоактивных веществ», опубликованной в 1930 году.

Однако в последние годы эта теория пошатнулась в связи с появлением фактов, свидетельствующих, что Солнце может влиять на скорость радиоактивного распада. В 2009 году физики из Университета Пердью в Индиане опубликовали статью, в которой обсуждались необъяснимые годовые колебания в долгосрочных измерениях активности образцов кремния-32 и хлора-36 в Брукхейвенской национальной лаборатории (БНЛ, Нью-Йорк), а также радия-226 в лаборатории Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) в Германии.

1. Нет в мире постоянства

Ученые из Университета Пердью отметили, что скорости радиоактивного распада в обоих экспериментах оказались чуть более высокими в первые месяцы года, когда Земля ближе всего к Солнцу. Они предположили, что годовые осцилляции активности изотопов могут быть связаны с годовыми колебаниями расстояния Земля-Солнце, при этом солнечные нейтрино каким-то образом влияют на скорости β-распада.

Однако эта идея была встречена со скепсисом со стороны сообщества ученых-физиков. С одной стороны, скептики напоминают, что факторы окружающей среды (температура, влажность и другие) не могут повлиять на скорость экспоненциального снижения активности радиоактивного образца. Другие же указывают, что нейтрино очень слабо взаимодействуют с элементарными частицами, и ничего не известно о механизмах, посредством которых они могут влиять на радиоактивный распад.

В недавно опубликованной статье физиков Питера Стуррока из Стэнфордского университета, Эфраима Фишбаха из Университета Пердью и астрофизика Джеффри Скаргла из Исследовательского центра NASA в Эймсе приведен анализ спектра мощности и спектрограмм данных BNL по кремнию-32 и хлору-36. Они то и обнаружили циклы с частотой 11 и 12,5 в год, вместе с выявленными ранее годовыми колебаниями. Исследователи также проанализировали данные, полученные с помощью детектора Супер-Камиоканде и нашли аналогичные колебания в потоке нейтрино от солнца.

2. Подобные колебания

Данные Super-Kamiokande собирались с 1996 по 2001 годы. По мнению ученых, колебания с частотой 12,5 в год могут быть связаны с вращением радиационной зоны Солнца, а колебания с частотой 9,5, похоже, определяются вращением солнечного ядра.

Если колебания с частотой 12,5 циклов в год у потока нейтрино и скорости радиоактивного распада совпадают, то осцилляции с частотой 9,5 (у нейтрино) и 11 (радиоактивный распад) согласовать сложнее. Но авторы статьи нашли объяснения и этому явлению. Они считают, что цикл с частотой 11 возникает в области между ядром солнца и его зоной излучения.

3. Неизвестный механизм

Авторы исследования не отрицают, что лежащий в основе обнаруженного явления механизм неизвестен. Согласно выдвинутой ими гипотезе, нейтрино может взаимодействовать с W-бозоном, который, как предполагается, участвует в бета-распаде. Но эта проблема требует серьезной проработки со стороны теоретической физики.

А большинство физиков-теоретиков, предпочитают обходить данную тему стороной. Исследователь из PTB Карстен Коссерт опубликовал работу в которой объясняет обнаруженные осцилляции скорости радиоактивного распада флуктуациями работы приборов. Разные детекторы и методы измерений показали в его исследованиях колебания отличающегося характера и связать их с потоком солнечных нейтрино не удалось. В некоторых случаях удается выявить факторы окружающей среды, влияющие на работу приборов: температуру, относительную влажность воздуха в помещении, атмосферное давление.

Недавно Коссерт вместе с соавторами опубликовал анализ продолжительных измерений скорости радиоактивного распада различных изотопов в 14 лабораториях. Они пришли к заключению, что выявленные сезонные колебания связаны с изменением параметров окружающей среды, но колебаний с более высокой частотой не выявлено.

4. Не убедить

По мнению Хэмиша Робертсона, директора Центра экспериментальной ядерной физики и астрофизики из Вашингтонского университета в Сиэтле, доказательство того, что нейтрино влияет на скорости бета-распада «не убедительно». Он пишет: «Авторы использовали факты, которые подтверждают их гипотезу, но проигнорировали ряд других долговременных наблюдений (например, по бета-распаду трития). Выявление аналогичных колебаний, совпадающих по фазе и частоте может привести нас к ложным выводам».

Аналогичного мнения придерживается физик Патрик Хубер из Технического университета Вирджинии (США). Он добавляет, что если эти колебания скорости радиоактивного распада действительно реальны, а не являются каким то экспериментальным артефактом, то их объяснение требует «экстраординарной новой физики, а для нее нужны экстраординарно надежные доказательства, которые не были представлены в опубликованных работах. В них также отсутствуют предложения по проверке выдвинутой гипотезы или плану дальнейших исследований в данном направлении».

Источники:

Изображение для заголовка: http://images.iop.org/objects/phw/news/20/11/37/PW-2016-11-24-Allen-neutrinos.jpg Солнце, снимок Обсерватории Солнечной Динамики НАСА (Источник: НАСА / SDO)