ГЕОМАГНЕТИЗМ И АЭРОНОМИЯ, 2007, том 47, № 6, с. 819-824
УДК 523.165
ЭФФЕКТ СОЛНЕЧНЫХ ВСПЫШЕК В РАДИОХИМИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ ИНТЕНСИВНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ НЕЙТРИНО
© 2007 г. Б. М. Владимирский, Ä. В. Брунс
НИИ "Крымская астрофизическая обсерватория", Научный, Украина e- mail: bvlad@crao.crimea.ua Поступила в редакцию 21.02.2006 г. После доработки 29.01.2007 г.
Для всех радиохимических установок, измеряющих поток солнечных нейтрино, изучен эффект хро-мосферных вспышек в конце экспозиции. Для хлор-аргоновых измерений (Брукхевен) найдено, что развитие вспышек приводит к ускорению скорости счета до 4.7 ± 1.2 SNU. Эффект этого возрастания фиктивный, это не увеличение потока, но повышение эффективности извлечения продуктов реакции из вещества мишени под действием сверхнизкочастотного электромагнитного возмущения, индуцируемого рентгеновским излучением вспышки. Получены указания на присутствие однотипного эффекта в галлий-германиевых измерениях SAGE. Для галлий-германиего эксперимента GALLEX эффекта вспышек не найдено, возможно, он имеет другой знак, нежели в измерениях Брукхевен и SAGE. Найденное различие согласуется с выводом о том, что результаты измерений SAGE и GALLEX антикоррелируют для экспозиций, заканчивающихся одновременно.
PACS: 95.85 Ry
1. ВВЕДЕНИЕ
Вопрос о вариациях интенсивности солнечных нейтрино продолжает оставаться сложным и противоречивым. Один из возможных путей его разрешения - гипотеза о влиянии на результаты соответствующих измерений особого неконтролируемого фактора [Владимирский и Брунс, 2001, 2004]. Предполагается, что на эффективность регистрации нейтрино (в частности - в радиохимических установках) влияют гелиогеофизические электромагнитные возмущения на крайне низких частотах (они свободно проникают в подземные лаборатории).
Упомянутая гипотеза обоснована пока косвенными аргументами. Как оказалось, на всех действующих радиохимических установках измеренный поток нейтрино зависит от значения космофизиче-ских индексов в последние недели экспозиции. С другой стороны, в лабораторных экспериментах обнаружено воздействие весьма слабых переменных магнитных полей на параметры водных растворов. Например, магнитное поле на частоте 10 Гц достоверно изменяет динамику кристаллизации в водном растворе при амплитуде всего 0.6 нанотесла [Леднев и др., 2003]. Если изменяется электропроводность, то изменяются значения других параметров, в том числе - способность обратимо связывать продукты реакций нейтрино в растворе. Если изменяется, например, коэффициент преломления, могут наблюдаться ложные вариации интенсивности солнечных нейтрино в черенковских детекторах [Владимирский и Конрадов, 2005].
Обнаружено, что во всех трех радиохимических экспериментах - Брукхевен, SAGE, GALLEX -имеет место фиктивное "возрастание" потока нейтрино, если на последнюю неделю экспозиции приходится глобальная магнитная буря [Владимирский и Брунс, 2004]. Интересно, возникают ли какие-то аналогичные изменения интенсивности при развитии менее масштабных, но отчасти сходных возмущений, обусловленных хромо-сферными вспышками - внезапных ионосферных возмущений? Вспышечный индекс в качестве ге-лиогеофизического показателя в анализе ложных вариаций в цитированной работе не использовался. Поэтому результаты поиска эффекта вспышек в радиохимических измерениях могли бы служить некоторой дополнительной проверкой рассматриваемой гипотезы.
Изучение влияния вспышечной активности на результаты измерений потока солнечных нейтрино дополнительно стимулируется и некоторыми другими соображениями. Недавно в измеренных вариациях интенсивности нейтрино обнаружен цикл около пяти месяцев [Raychaudhuri, 2003]. Но этот хорошо известный в гелиофизике период (~155 суток) был открыт первоначально именно в частоте следования вспышек.
Известно, что первые указания на присутствие эффекта вспышек в нейтринных измерениях были получены более 20 лет назад [Базилевская и др., 1984]. В последующем этим вопросом занимались многие авторы (краткое рассмотрение проблемы и библиографию см. в монографии [Ба-
819
7*
кал, 1993]. Было убедительно показано с привлечением данных по детекторам прямого счета, что вспышки не могут вносить ощутимого вклада в интенсивность нейтрино, измеряемую радиохимическими установками. Но этот вывод на самом деле касался интерпретации данных Базилевской и др., но не наблюдательной - чисто эмпирической стороны дела. Реально вопрос о влиянии вспышек на результаты радиохимических измерений остался открытым.
Все сказанное выше объясняет, почему было бы целесообразным еще раз вернуться к этим поискам. Ниже результаты анализа излагаются для всех работающих радиохимических установок.
2. ИСХОДНЫЙ МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА АНАЛИЗА
В качестве исходного материала использовались все данные, собранные в работе Владимирского и Брунса (2004): хлор-аргоновые измерения -1970-1994 гг., 108 экспозиций [Clevelend и др., 1998]; данные GALLEX - 1991-1997 гг., 65 экспозиций, GNO - 1998-1999 гг., 19 экспозиций [GALLEX Coll., 1992-99]; результаты измерений SAGE - 1989-2000 гг., 80 экспозиций (были представлены авторами эксперимента). Поскольку все космические индексы, включая и вспышечную активность, отражают ситуацию в конце экспозиции, когда продукты реакции уже накоплены, весь перечисленный цифровой материал используется как показатель полноты извлечения этих продуктов из вещества мишени. Возможные вариации полноты извлечения маскируются большими статистическими флуктуациями.
Процедура поиска эффектов вспышек в результате этих измерений однозначно определяется феноменологической картиной внезапного ионосферного возмущения и гипотетической моделью воздействия соответствующего электромагнитного комплекса явлений на жидкость - вещество мишени. Ионосферное возмущение вызывается поглощением рентгеновского излучения вспышки ("импульсы" продолжительностью порядка часа для достаточно мощного события). Резкое возрастание ионизации приводит к внезапному усилению интенсивности радиоволн низкой частоты атмосферного происхождения и появлению "избыточных" геомагнитных пульсаций. Эти последние принадлежат по своим важнейшим свойствам к "обычным" дневным микропульсациям, но имеют более высокую амплитуду (см., например, [Довбня и др., 1994]). Описанная картина развивается на освещенном полушарии, в выраженном виде наблюдается близ подсолнечной точки и зависит от параметров рентгеновского всплеска вспышки.
Предполагается, что низкочастотное электромагнитное возмущение существенно влияет на динамику структурных переходов в жидкости -мишени. В ней, к примеру, могут существовать два класса "состояний". В одном таком "состоянии" способность обратимо связывать продукты реакции с нейтрино - молекулярные комплексы, возникшие вокруг ионов Аг37 и Ge71 - относительно высока. Если конец экспозиции приходится именно на такую ситуацию, измеренная интенсивность будет пониженной. В случае перехода в другое структурное "состояние" (способность связывания молекулярного ансамбля с упомянутыми ионами ниже) в соответствующей экспозиции интенсивность может оказаться выше. Характерные времена жизни таких "состояний" составляют, видимо несколько суток (они, конечно, реально неизвестны). По аналогии с эффектом магнитных бурь можно предположить, что эффект вспышки индуцирует переход в состояние слабого удержания продуктов реакции с нейтрино. Тогда появление вспышек в самом конце экспозиции будет сопровождаться мнимым увеличением интенсивности для событий близ подсолнечной точки и отсутствовать в ночное местное время.
Для проверки изложенного "сценария" был составлен специальный каталог хромосферных вспышек для последних 14 суток каждой экспозиции каждого из экспериментов. В каталог включались все вспышки оптического балла >2F.
Если от данной вспышки наблюдались ускоренные протоны, она заносилась в каталог, даже если ее балл был ниже. Материалом для каталога служили международные сводки [Quarterly Bull on Solar Activity] и стандартизированные списки протонных событий [www.ngdc.noaa.gov]. Местное время начала вспышки для данной установки определялось из очевидного соотношения T1 = V + к/15 (к - географическая долгота установки). В необходимых случаях учитывалась гелиодолгота вспышки. Вспомогательные данные об интегральных индексах солнечной активности (числа Вольфа R) и геомагнитной возмущенности Ap брались из бюллетеня Solar - geophysical Data или его электронного аналога. Упоминавшиеся выше случаи фиктивного возрастания потока нейтрино, связанные с магнитными бурями (среднее значение Ap в последнюю неделю экспозиции >25.0) с самого начала исключались из рассмотрения. Приведенные ниже значения разброса средних - стандартные отклонения. Статистическая значимость различия средних всюду подсчитывалась согласно критерию Манна-Уиттни P(U*) (непараметрический аналог критерия Стьюдента).
Таблица 1. Эксперимент Брукхевен: наличие - отсутствие вспышек
Ситуации Число случаев n Параметры
Q Ap R А
Имеются вспышки 51 0.440 ± 0.319 15.1 ± 5.3 111.8 ± 49.6 76.5 ± 30.1
Вспышек нет 39 0.496 + 0.315 11.3 ± 4.5 47.2 ± 41.7 74.1 ± 32.3
Таблица 2. Эксперимент Брукхевен: эффект "день-ночь"
Ситуации Число случаев n Параметры
Q Ap R А
"День" 27 0.516 ± 0.314 15.3 ± 6.3 124.9 ± 50.0 69.8 ± 19.3
"Ночь" 24 0.353 ± 0.302 14.9 ± 4.0 97.0 ± 44.8 84.0 ± 37.5
Таблица 3. Эксперимент SAGE: эффект "день-ночь"
Ситуации Число случаев n Параметры
SNU Ap R А
"День" 33 73.6 + 59.6 11.4 ± 4.6 106.7 ± 149.7 34.1 ± 16.7
"Ночь" 4 76.4 + 52.6 11.6 ± 5.0 35.1 ± 31.2 37.9 + 10.0
3. РЕЗУЛЬТАТЫ 3.1. Эксперимент Брукхевен - SAGE
Целесообразно рассматривать совместно эксперименты, обнаружившие под влиянием возмущений однотипное поведение - хотя технология измерений для них различна. Было найдено, что в хлор-аргоновых измерениях и эксперименте SAGE фиктивные изменения интенсивностей нейтрино для одновременно заканчивающихся экспозиций происходят синхронно [Владимирский и Брунс, 2004]. По очевидным причинам более подробно удается изучить данные хлор-аргоновых измерений. Поэтому, данные по этому эксперименту приводятся ниже в
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.