211service.com
Radioaktivt henfaldsanomali endelig forklaret (måske)
Tilbage i 2007 gjorde fysikere ved GSI tunge ionacceleratoren i Darmstadt, Tyskland, en forvirrende opdagelse.
Disse fyre målte de radioaktive henfaldshastigheder af praseodym- og promethiumkerner, der var blevet strippet for alle undtagen en eller to af deres elektroner, hvilket efterlod dem med en ladning på over +50.
Under disse forhold er kerner kendt for at henfalde på mærkelige måder. Bare kerner kan for eksempel ikke henfalde ved elektronindfangning. Dette tvinger dem til at forfalde på andre, mindre almindelige måder, hvilket i høj grad ændrer deres henfaldshastighed.
Mere generelt har fysikere i nogen tid vidst, at ændringer i temperatur og tryk kan påvirke henfaldshastigheden med en procent eller deromkring, sandsynligvis fordi dette også ændrer elektrontætheden omkring kerner med en lille mængde.
Men det, GSI-fyrene fandt, var endnu mærkeligere. De opdagede, at den normale eksponentielle henfaldshastighed for praseodym og promethium oscillerede med en periode på omkring 7 sekunder. Det var, som om en svingning var blevet overlejret den normale eksponentielle henfaldskurve.
Deres eksperiment er interessant, fordi det er unikt. Disse fyre producerer en håndfuld ioner i en synkrotron, og målingen af hver af dem henfalder af den ændring, den producerer i resonansen af ionstrålen, mens den cirkulerer.
Dette giver en nøjagtig måling af levetiden for hver ion, snarere end en gennemsnitlig måling af halveringstiden for et bulkmateriale, som alle andre eksperimenter gør. Det er let at se, at denne effekt ville blive udtværet og usynlig i den slags eksperimenter
Så mange fysikere mener, at GSI-eksperimentet faktisk målte egenskaberne ved radioaktivt henfald i sin reneste form.
Det store spørgsmål er selvfølgelig, hvad der forårsager GSI-anomalien, som den er blevet kendt? De første forklaringer fokuserede på muligheden for, at neutrinoscillationer kunne forklare effekten.
Praseodym- og promethiumkerner henfalder via den svage kraft på to måder. En proton kan fange en elektron, der producerer en neutron og en elektron-neutrino. Eller protonen kan henfalde spontant til en neutron, en positron og en elektron-neutrino.
Tanken var, at de neutrinoer, der blev produceret i denne reaktion, kunne ændre sig til andre typer, og derved påvirke nedbrydningshastigheden med en lille mængde.
Forskellige fysikere påpegede dog, at resultatet ikke kan forklares med neutrino-oscillationer af den simple grund, at disse først kan opstå efter neutrinoen er produceret, og når den er en betydelig afstand fra kernerne.
Det har efterladt fysikere med et pinligt tab. I mangel af nogen rimelig forklaring er GSI-anomalien blevet en ubehagelig kløe i kernefysikkens røv.
I dag har Francesco Giacosa hos J.W. Goethe-universitetet i Frankfurt og Giuseppe Pagliara ved Universita di Ferrara i Italien giver en kærkommen lettelse.
Disse fyre siger, at GSI-anomalien kan forklares, hvis de to henfaldsmekanismer praseodym- og promethiumkerner virker ved lidt forskellige energier. Forfaldshastigheden for hver mekanisme alene ville være en standard eksponentiel kurve, omend med lidt forskellige hastigheder.
Men her er nøglen. Når begge mekanismer opstår sammen, svinger systemet mellem dem. Så de periodiske variationer observeret ved GSI er simpelthen effekten af, at systemet hopper fra en henfaldsmekanisme til en anden. Giacosa og Pagliara sammenligner dette med de velkendte Rabi-svingninger, som forekommer i mange kvantesystemer.
Det mest spændende er, at denne teori fører til en interessant forudsigelse. Giacosa og Pagliara siger, at hvis GSI-teamet kan måle henfaldshastigheden med intervaller meget kortere end 7 sekunder, bør henfaldshastigheden hurtigt falde til nul. Hvis eksperimentet hos GSI kunne måle nogle få point under 10 s, kunne vores fortolkning let blive afvist eller godkendt, siger de.
Disse ideer har bredere implikationer. Giacosa og Pagliara siger, at denne effekt kan forklare andre mærkelige periodiske variationer i henfaldshastigheder, som fysikere har observeret over meget længere tidsskalaer. Vi har set på nogle af disse her .
Hvad mere er, variationerne er klart fundamentale virkninger i kvantemekanikken, som kan have dybtgående implikationer for vores forståelse af de nukleare processer, der foregår inde i stjernerne.
Og alt dette betyder, at der er sjovere at få med GSI-anomalien, uanset om denne forklaring viser sig at være sand eller ej.
Ref: arxiv.org/abs/1110.1669 : Oscillations In The Decay Law: En mulig kvantemekanisk forklaring på GSI-anomalien?