Experiment Homestake

Rezervorul subteran al experimentului Homestake când bazinul din jurul rezervorului nu fusese încă scufundat.

Acceptă configurarea experimentului meu.

Experimentul L 'Homestake (numit uneori experiment Davis în Brookhaven) experimentul literar original al experimentului Brookhaven cu neutrini solari sau ³⁷ Cl (clor) ^{[1] a} fost un experiment condus de astrofizicienii Raymond Davis Jr. și John N. Bahcall la sfârșitul anilor 1960. Scopul său era să detecteze și să numere neutrinii emiși de fuziunea nucleară în soare . Bahcall a făcut calculele teoretice și Davis a proiectat experimentul. După ce Bahcall a calculat rata la care detectorul ar fi trebuit să captureze neutrinii, s-a realizat că experimentul lui Davis a detectat o treime din cele prezise. Experimentul a fost primul care a reușit să detecteze și să numere neutrini solari , dar discrepanța dintre teorie și rezultate a creat problema neutrinilor solari . Experimentul a funcționat continuu din 1970 până în 1994. Universitatea din Pennsylvania a preluat în 1984. Discrepanța dintre ratele de detectare măsurate și cele prevăzute s-a constatat ulterior că se datorează oscilațiilor „aromelor” neutrinilor .

Metodologie

Experimentul a avut loc în mina de aur Homestake din Lead (Dakota de Sud) . Davis a plasat, la 1.478 metri sub pământ, un rezervor de 380 metri cubi de tetracloretenă , un lichid obișnuit de curățare chimică . A fost necesar să se utilizeze o țintă mare și profundă pentru a preveni interferența cauzată de razele cosmice , luând în considerare probabilitatea foarte scăzută a captării cu succes a unui neutrin și, prin urmare, rata de succes foarte scăzută chiar și cu masa ridicată a țintei. S-a ales tetracloroetena deoarece este bogată în clor . După interacțiunea cu un neutrino de electroni, un atom de ³⁷ Cl se transformă într-un izotop radioactiv de ³⁷ Ar , care poate fi apoi extras și numărat. Reacția este următoarea

\mathrm {\nu _{e}+\ ^{37}Cl\longrightarrow \ ^{37}Ar+e^{-}.}

{\ displaystyle \ mathrm {\ nu _ {e} + \ ^ {37} Cl \ longrightarrow \ ^ {37} Ar + e ^ {-}.}}

{\ displaystyle \ mathrm {\ nu _ {e} + \ ^ {37} Cl \ longrightarrow \ ^ {37} Ar + e ^ {-}.}}

Pragul de reacție (adică valoarea energetică minimă pe care ar fi trebuit să o aibă neutrino pentru a începe această reacție) este 0,814 MeV .

Deoarece ³⁷ Ar are un timp de înjumătățire de 35 de zile, la fiecare câteva săptămâni, Davis a pompat heliu în rezervor pentru a colecta argonul care s-a format. Un contor mic de gaz (câțiva cm cubi) a fost umplut cu câteva zeci de ^{37 de} atomi de Ar (împreună cu argon stabil) pentru a-i detecta degradările. Făcând acest lucru, Davis a reușit să determine câți neutrini au fost capturați. ^[2] ^[3]

Concluzii

Datele lui Davis au fost în mod constant foarte apropiate de o treime din calculele lui Bahcall. Prima reacție din partea comunității științifice a fost că fie Bahcall, fie Davis au comis o greșeală. Calculele lui Bahcall au fost verificate de mai multe ori și nu au fost găsite erori. Davis și-a analizat propriul experiment și a declarat că nu au existat probleme. Experimentul Homestake a fost urmat de alte experimente cu același scop, precum Kamiokande în Japonia , SAGE în fosta Uniune Sovietică , GALLEX în Italia , Super-Kamiokande , din nou în Japonia și Observatorul Neutrino Sudbury (SNO) din Ontario, Canada . SNO a fost primul detector capabil să detecteze oscilația neutrinilor, rezolvând astfel problema neutrinilor solari. Rezultatele experimentului, publicat în 2001, au dezvăluit că dintre cele trei „arome” între care neutrinii pot oscila, detectorul Davis a fost capabil să distingă doar unul. După ce experimentul său s-a dovedit a fi valid, Davis a fost unul dintre câștigătorii Premiului Nobel pentru fizică în 2002. Printre cei care au împărțit premiul se numără japonezul Masatoshi Koshiba , care a lucrat la Kamiokande și Super Kamiokande.

Notă

^ (EN) John N. Bahcall și Raymond Davis, Solar Neutrinos: A Scientific Puzzle , în Știință, vol. 191, nr. 4224, 23 ianuarie 1976, pp. 264-267, DOI : 10.1126 / science.191.4224.264 . Adus la 17 martie 2021 .
^ BR Martin și G Shaw, fizica particulelor (ediția a doua) , Wiley, 1999, p. 265, ISBN 978-0-471-97285-3 .
^ BT Cleveland, Davis și Distel, Măsurarea fluxului de neutrini de electroni solari cu detectorul de clor Homestake , în Astrophysical Journal , vol. 496, nr. 1, 1998, pp. 505–526, Bibcode : 1998ApJ ... 496..505C , DOI : 10.1086 / 305343 .

Elemente conexe

Experimentul neutrino Cowan și Reines (un experiment anterior în care a fost descoperit antineutrino )

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre experimentul Homestake

linkuri externe

Experimentele de Neutrin Solar ale lui Raymond Davis Jr. , pe bnl.gov .

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica

[1] (EN) John N. Bahcall și Raymond Davis, Solar Neutrinos: A Scientific Puzzle , în Știință, vol. 191, nr. 4224, 23 ianuarie 1976, pp. 264-267, DOI : 10.1126 / science.191.4224.264 . Adus la 17 martie 2021 .

[2] BR Martin și G Shaw, fizica particulelor (ediția a doua) , Wiley, 1999, p. 265, ISBN 978-0-471-97285-3 .

[Cleveland1998-3] BT Cleveland, Davis și Distel, Măsurarea fluxului de neutrini de electroni solari cu detectorul de clor Homestake , în Astrophysical Journal , vol. 496, nr. 1, 1998, pp. 505–526, Bibcode : 1998ApJ ... 496..505C , DOI : 10.1086 / 305343 .

[1] a

[2]

[3]