Discussion, simulation and foundations of experimental tests of phenomena with superimposed signals through the example of time dependent radioactive decay

Lukas Császár, Gerald Badurek, Erwin Jericha
2017
Um in den von einem realen Messaufbau gelieferten Daten einen Effekt geringer Amplitude vom statistischen und systematischen Untergrund zu isolieren, ist, vor allem wenn beide Beiträge von vergleichbarer Größenordnung sind, die Kenntnis über den systematischen Untergrund eine wesentliche Voraussetzung. Ist das eigentliche Signal besonders klein, so verschwindet es mitunter vollständig im Untergrund. Um die Möglichkeiten derartiger Messsituationen zu untersuchen wurde eine Computersimulation
more » ... hrieben, die es dem Nutzer ermöglicht, Datensätze zu simulieren als stammten sie aus einem realen Versuchsaufbau. Dabei können die vorherrschenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten naturgemäß nach Belieben vorgegeben werden. Anhand der Simulationsergebnisse kann untersucht werden, ob und unter welchen Bedingungen das tatsächlich vorhandene Messsignal statistisch signifikant nachweisbar ist. Dazu lassen sich in der Simulation auch verschiedene Analysemethoden implementieren und anwenden. Als Arbeitsbeispiel wurde die Idee zeitabhängigen radioaktiven Zerfalls (E. Fischbach, J. H. Jenkins, P. A. Sturrock et al.) herangezogen und durch ein einfaches physikalisches Modell – eine Modifikation des allseits bekannten exponentiellen Zerfallsgesetzes um eine zeitabhängige Oszillation der Zerfallskonstante – beschrieben. Mittels der durch die Simulation erzeugten Datensätze wurden Analysemethoden wie Autokorrelation, Glättung und verschiedene Arten der Normierung auf ihre Tauglichkeit, die eingeführte Oszillation zu detektieren, getestet.Es stellte sich heraus, dass nur eine Kombination aller möglichen Analysemethoden zu einem sinnvollen Ergebnis führen kann. Es ist damit aber gelungen, Oszillationen mit einer relativen Amplitude von bis zu 10 (-7) nachzuweisen. Die entstandene Simulation und die theoretische Arbeit können als Grundlage für andere Anwendungsbereiche dienen.
doi:10.34726/hss.2017.44446 fatcat:ci5skapwhzglnkiicgpsbuzqza