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El experimento de Homestake (a veces denominado Experimento de Davis o Experimento de neutrinos solares y en la literatura original llamado Experimento de neutrinos solares de Brookhaven o Experimento de 37 Cl ( cloro ) de Brookhaven ) [1] fue un experimento dirigido por los astrofísicos Raymond Davis, Jr. y John N. Bahcall a finales de los años 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 sólo un tercio de esta cifra. El experimento fue el primero en detectar y contar con éxito neutrinos solares , y la discrepancia en los resultados creó el problema de los neutrinos solares . El experimento operó continuamente desde 1970 hasta 1994. La Universidad de Pensilvania se hizo cargo en 1984. Más tarde se descubrió que la discrepancia entre las tasas de detección de neutrinos predichas y medidas se debía a oscilaciones del "sabor" de los neutrinos . [2]
El experimento tuvo lugar 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 líquido común para limpieza en seco, a 1.478 metros (4.850 pies) bajo tierra. Se necesitaba un gran objetivo en las profundidades del subsuelo 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 . Tras la interacción con un neutrino electrónico, un átomo de 37 Cl se transforma en un isótopo radiactivo de 37 Ar , que luego puede extraerse y contarse. La reacción de captura de neutrinos es
El umbral de reacción es 0,814 MeV, es decir, el neutrino debe tener al menos esta energía para ser captado por el núcleo de 37 Cl.
Debido a que el 37 Ar 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. Se llenó un pequeño contador de gas (unos pocos cm cúbicos) con las pocas decenas de átomos de 37 Ar recolectados (junto con el argón estable) para detectar sus desintegraciones. De esta forma, Davis pudo determinar cuántos neutrinos habían sido capturados. [3] [4]
Las cifras de Davis estuvieron consistentemente muy cerca de 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 se comprobaron repetidamente y no se encontraron errores. Davis examinó su propio experimento e insistió en que no tenía nada de malo. Al experimento de Homestake le siguieron 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, publicado en 2001, revelaron que de los tres "sabores" entre los que los neutrinos pueden oscilar, el detector de Davis sólo era sensible a uno. Después de que se demostró 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, quien trabajó en el Kamiokande y el Super Kamiokande (el premio también fue compartido con Riccardo Giacconi por su 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
