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El experimento Homestake (a veces denominado experimento Davis o Experimento de Neutrinos Solares y en la literatura original llamado Experimento de Neutrinos Solares de Brookhaven o Experimento Brookhaven 37 Cl ( Cloro ) ) [1] fue un experimento dirigido por los astrofísicos Raymond Davis, Jr. y John N. Bahcall a fines de la década de 1960. Su propósito era recolectar y contar los neutrinos emitidos por la fusión nuclear que tiene lugar en el Sol . Bahcall realizó los cálculos teóricos y Davis diseñó el experimento. Después de que Bahcall calculara la velocidad a la que el detector debería capturar neutrinos, el experimento de Davis arrojó solo un tercio de esta cifra. El experimento fue el primero en detectar y contar con éxito los neutrinos solares , y la discrepancia en los resultados creó el problema de los neutrinos solares . El experimento funcionó de forma continua desde 1970 hasta 1994. La Universidad de Pensilvania se hizo cargo de él en 1984. Más tarde se descubrió que la discrepancia entre las tasas de detección de neutrinos previstas y medidas se debía a oscilaciones de "sabor" de neutrinos . [2]
El experimento se llevó a cabo en la mina de oro Homestake en Lead, Dakota del Sur . Davis colocó un tanque de 380 metros cúbicos (100.000 galones) de percloroetileno , un fluido común de limpieza en seco, a 1.478 metros (4.850 pies) bajo tierra. Se necesitaba un objetivo grande a gran profundidad para evitar la interferencia de los rayos cósmicos , teniendo en cuenta la probabilidad muy pequeña de una captura exitosa de neutrinos y, por lo tanto, la tasa de efecto muy baja incluso con la enorme masa del objetivo. Se eligió el percloroetileno porque es rico en cloro . Al interactuar con un neutrino electrónico, un átomo de 37 Cl se transforma en un isótopo radiactivo de 37 Ar , que luego se puede extraer y contar. La reacción de la captura de neutrinos es
El umbral de reacción es 0,814 MeV, es decir, el neutrino debe tener al menos esta energía para ser capturado por el núcleo de 37 Cl.
Como el 37Ar tiene una vida media de 35 días, cada pocas semanas Davis burbujeaba helio a través del tanque para recolectar el argón que se había formado. Un pequeño contador de gas (de unos pocos centímetros cúbicos) se llenaba con las pocas decenas de átomos de 37Ar recolectados ( junto con el argón estable) para detectar sus desintegraciones. De esa manera, Davis pudo determinar cuántos neutrinos se habían capturado. [3] [4]
Las cifras de Davis se acercaban constantemente a un tercio de los cálculos de Bahcall. La primera respuesta de la comunidad científica fue que Bahcall o Davis habían cometido un error. Los cálculos de Bahcall fueron revisados repetidamente, sin encontrar errores. Davis examinó su propio experimento e insistió en que no había nada malo en él. El experimento de Homestake fue seguido por otros experimentos con el mismo propósito, como Kamiokande en Japón , SAGE en la ex Unión Soviética , GALLEX en Italia , Super Kamiokande , también en Japón, y SNO (Sudbury Neutrino Observatory) en Ontario, Canadá . SNO fue el primer detector capaz de detectar la oscilación de neutrinos, resolviendo el problema de los neutrinos solares. Los resultados del experimento, publicados en 2001, revelaron que de los tres "sabores" entre los que los neutrinos pueden oscilar, el detector de Davis era sensible solo a uno. Después de demostrarse que su experimento era sólido, Davis compartió el Premio Nobel de Física de 2002 por sus contribuciones a la física de neutrinos con Masatoshi Koshiba de Japón, que trabajó en el Kamiokande y el Super Kamiokande (el premio también fue compartido con Riccardo Giacconi por sus contribuciones a la astronomía de rayos X).
44°21′12″N 103°44′39″O / 44.35333°N 103.74417°W / 44.35333; -103.74417
