Законы физики часто подкрепляются постулатами – принимаемыми без доказательств допущениями, которые помогают объяснить картину мира. Некоторые из этих постулатов со временем превращаются в догмы и их начинают путать с самими законами. Классическим примером служит постулат о случайной природе распада радиоизотопов. Несмотря на давно изучаемые фотоядерные реакции и многочисленные данные о непостоянстве радиоактивности, физики с традиционным образованием с подозрением относятся к экспериментам, демонстрирующим такое непостоянство. Под подозрение попал и Симон Эльевич Шноль (1930–2021) — выдающийся советский и российский биофизик. Он собрал множество доказательств влияния космофизических факторов на процессы, считающиеся случайными. Однако его данные, противоречащие общепринятым постулатам, в лучшем случае игнорировались научным сообществом, а в худшем – подвергались незаслуженной критике.
Одним из наиболее спорных направлений его исследований стало обнаружение вариаций скорости α-распада плутония-239. Для их поиска Шноль использовал визуальное сравнение поминутных гистограмм, построенных на основе ежесекундной регистрации α-частиц кремниевыми счётчиками. Более наглядные и объективные свидетельства вариабельности распада плутония можно получить простым просмотром графиков изменения радиоактивности по времени. Для выявления таких аномалий пришлось построить множество графиков и проанализировать около 2,4 Гб данных с записями результатов посекундной регистрации количества α-частиц, проводившейся С.Э.Шнолем и сотрудниками его лаборатории с 2000 по 2011 годы.
При просмотре сотен графиков, в основном подтверждающих спонтанный характер α-распада 239Pu, было обнаружено несколько типов аномалий: дюжина всплесков (+ ~15% продолжительностью от 1 мин 46 с до 41 мин 51 с), одна депрессия (- ~30% продолжительностью 18 мин) и несколько периодов с отчётливо выраженными дрейфами и суточными колебаниями радиоактивности. Подобные простые повышения или понижения радиоактивности, а также её суточные колебания, при желании можно списать на неучтённые инструментальные факторы. Поэтому наибольший интерес представляют суточные колебания радиоактивности со сложной структурой пиков - редкие аномалии, выявленные при анализе нескольких сотен сглаженных графиков.
В 2007 году циклические спады радиоактивности наблюдались с 22 мая по 3 июня. В пиковых спадах 30 и 31 мая уровень α-распада снижался примерно на 75%.
Интересная аномалия была зафиксирована в мае 2010 года. Суточные спады здесь были менее выраженными, но в центре одного из них находилось небольшое плато.
Причиной подобных аномалий может быть гравитационное линзирование - эффект отклонения лучей света гравитационным полем, открытый астрофизиками. Но в данном случае отклоняться должен не свет, а потоки неизвестного науке космического излучения, индуцирующего α-распад 239Pu. При этом гравитация на такое излучение действует намного сильнее, чем на фотоны, а массивные тела (Земля, Луна и Солнце) для него прозрачны (или почти прозрачны).
Аргументом в пользу существования такого излучения служит общепринятый постулат о наличии во Вселенной тёмной энергии и тёмной материи. К подобным аргументам можно отнести и включение в Стандартную модель элементарных частиц нейтрино (электронных, мюонных и тау) – почти неуловимых частиц, обладающих массой и энергией. Неуловимость характерна также для гравитационных волн, открытие которых было отмечено Нобелевской премией в 2017 году.
Все эти разновидности массы и энергии объединяет общий признак – неуловимость. На этом основании можно постулировать существование почти неуловимого гравитационного излучения – аналога электромагнитного излучения. Его спектр начинается гравитационными волнами (напоминающими наиболее длинноволновые радиоволны) и продолжается электронными нейтрино с энергиями <1,1 эВ («инфракрасными») и мюонными нейтрино с энергиями <190 кэВ («рентгеновскими»). При повышении энергии гравитационных квантов (g-квантов) до МэВ или ГэВ их электромагнитными аналогами становятся γ-кванты (>0,1 МэВ). В последние годы регистрируются и более высокоэнергетические нейтрино (γ-кванты) с энергиями в ТэВ и даже ПэВ. Для индукции радиоактивности 239Pu энергия g-квантов должна быть сопоставимой с энергией излучаемых при таком распаде α-частиц (5,15–5,24 МэВ) и измеряться в МэВ.
Поисками доказательств существования тёмной материи, тёмной энергии и нейтрино занимаются сотни физиков, использующих дорогостоящие установки (проекты MiniBooNE, XENON1T/nT, LZ, PandaX-4T, CDMS, CRESST, LUX-ZEPLIN, DAMA/LIBRA, IceCube, Kamiokande-II, KM3NeT) или сверхмощные телескопы (проекты DES, Euclid, LSST, BOSS/eBOSS), в том числе орбитальные (проекты Fermi-LAT, PAMELA, AMS-02, Planck). Если нейтрино и прочие g-кванты способны индуцировать распад радиоизотопов, это может значительно упростить и удешевить их обнаружение и изучение.
Идея использования регистрации радиоактивности для обнаружения и изучения нейтрино (через вариации, коррелирующие с потоком солнечных нейтрино) была предложена физиками Джери Х. Дженкинсом и Эфраимом Фишбахом в 2008 году. Но оппоненты списали все известные вариации распада на метрологические погрешности, внешние факторы и статистические ошибки (Pommé S., Pelczar K. Neutrino-Induced Decay: A Critical Review of the Arguments. Space Sci Rev 218, 64 (2022). https://doi.org/10.1007/s11214-022-00932-0), и эта идея не была реализована. Обнаруженные аномалии α-распада плутония не только подтверждают возможность реализации данной идеи, но и позволяют определить основные требования к приборам (счётчикам радиации), предназначенным для поиска и изучения космических источников гравитационного излучения.
Обнаружить описанные аномалии распада 239Pu помогло наличие коллиматоров, которыми были оснащены полупроводниковые счётчики в лаборатории С.Э.Шноля, предсказавшего важность регистрации именно направленного α-распада. По-видимому, при вынужденном распаде вылетающие из атомного ядра α-частицы сохраняют направление движения квантов гравитационного излучения. Поэтому существенной конструкционной особенностью счётчиков, предназначенных для регистрации аномалий α- и β-распада атомов, является наличие коллиматоров между радиоизотопами и детекторами частиц. А самыми доступными источниками радиоизотопа, излучающего α-частицы (241Am), могут служить дешёвые датчики дыма, имеющиеся в продаже.
Для коллиматорных счётчиков, определяющих координаты космических источников g-квантов, высокое быстродействие не требуется. Тем не менее, было бы полезно совместить коллиматорное определение координат с анализом частотных характеристик индукторов радиации, то есть перейти с посекундной регистрации распадов на миллисекундную. Это не слишком сложно в техническом отношении благодаря высокому быстродействию фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) и кремниевых фотоумножителей (SiPM). При этом проблемой может стать нехватка α-частиц, излучаемых 241Am из датчиков дыма, и придётся перейти на регистрацию β-частиц, излучаемых 63Ni. Распад этого изотопа никеля сейчас пытаются использовать в ядерных батарейках, и без разрешения органов Россанэпиднадзора допускается работа с его источниками, излучающими до 100 000 000 β-частиц в секунду.
Создание сети подобных дозиметрических приборов и мониторинг уровня радиоактивности позволит подтвердить (или опровергнуть) возможность обнаружения нейтрино/g-квантов при помощи регистрации распада радиоизотопов. В случае успеха это обеспечит поиск и изучение потоков гравитационного излучения и его многочисленных неуловимых разновидностей – тёмной материи/энергии, нейтрино и прочих гравитационных квантов.