Домашний эксперимент

Эксперимент Хоумстейка (иногда называемый экспериментом Дэвиса или экспериментом с солнечными нейтрино , а в оригинальной литературе называемый Брукхейвенским экспериментом с солнечными нейтрино или Брукхейвенским экспериментом). ³⁷Cl ( Хлор ) Эксперимент ) ^[1] был экспериментом, возглавляемым астрофизиками Рэймондом Дэвисом-младшим и Джоном Н. Бакколлом в конце 1960-х годов. Его целью был сбор и подсчет нейтрино, испускаемых в результате ядерного синтеза, происходящего на Солнце . Бахколл выполнил теоретические расчеты, а Дэвис разработал эксперимент. После того, как Бахколл рассчитал скорость, с которой детектор должен захватывать нейтрино, эксперимент Дэвиса показал лишь треть этой цифры. Этот эксперимент был первым, в котором удалось успешно обнаружить и подсчитать солнечные нейтрино , а расхождение в результатах создало проблему солнечных нейтрино . Эксперимент проводился непрерывно с 1970 по 1994 год. В 1984 году его взял на себя Пенсильванский университет. Позже выяснилось, что несоответствие между предсказанными и измеренными скоростями обнаружения нейтрино связано с «ароматными» колебаниями нейтрино . ^[2]

Методология [ править ]

Эксперимент проходил на золотом руднике Хоумстейк в Лиде, Южная Дакота . Дэвис разместил резервуар объемом 380 кубических метров (100 000 галлонов) с перхлорэтиленом , обычной жидкостью для химической чистки, на глубине 1478 метров (4850 футов) под землей. Большая цель глубоко под землей была необходима для предотвращения помех от космических лучей , принимая во внимание очень малую вероятность успешного захвата нейтрино и, следовательно, очень низкую скорость эффекта даже при огромной массе цели. Перхлорэтилен был выбран потому, что он богат хлором . При взаимодействии с электронным нейтрино ³⁷Атом Cl превращается в радиоактивный изотоп ³⁷Ar , который затем можно извлечь и посчитать. Реакция захвата нейтрино

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

Порог реакции составляет 0,814 МэВ, т.е. нейтрино должно иметь хотя бы эту энергию, чтобы быть захваченным ³⁷Ядро Cl.

Потому что ³⁷Период полураспада Ара составляет 35 дней, каждые несколько недель Дэвис пропускал гелий через резервуар аргон , чтобы собрать образовавшийся . Небольшой (несколько кубических см) газовый счетчик был заполнен собранными несколькими десятками атомов ³⁷Ar (вместе со стабильным аргоном) для обнаружения его распада. Таким образом, Дэвис смог определить, сколько нейтрино было захвачено. ^[3]^[4]

Выводы [ править ]

Цифры Дэвиса всегда были очень близки к одной трети расчетов Бакколла. Первой реакцией научного сообщества было то, что либо Бахколл, либо Дэвис допустили ошибку. Расчеты Бахколла проверялись неоднократно, ошибок не обнаружено. Дэвис тщательно изучил свой эксперимент и заявил, что в нем нет ничего плохого. За экспериментом Хоумстейк последовали другие эксперименты с той же целью, такие как Камиоканде в Японии , SAGE в бывшем Советском Союзе , GALLEX в Италии , Супер Камиоканде также в Японии и SNO (Нейтринная обсерватория Садбери) в Онтарио, Канада . SNO был первым детектором, способным обнаружить нейтринные колебания, решив проблему солнечных нейтрино. Результаты эксперимента, опубликованные в 2001 году, показали, что из трех «ароматов», между которыми способны колебаться нейтрино, детектор Дэвиса был чувствителен только к одному. После того, как была доказана правильность его эксперимента, Дэвис разделил Нобелевскую премию по физике 2002 года за вклад в физику нейтрино с Масатоши Кошиба из Японии, работавший над Камиоканде и Супер Камиоканде (премию также разделили с Риккардо Джаккони за вклад в рентгеновскую астрономию).

См. также [ править ]

Нейтринный эксперимент Коуэна-Рейнса (предыдущий эксперимент Рейнса и Коуэна, в ходе которого было обнаружено антинейтрино )
Сэнфордский подземный исследовательский центр

Ссылки [ править ]

^ Бахколл, Дж. Н.; Дэвис-младший, Р. (1976). «Солнечные нейтрино: научная загадка | Наука» . Наука . 191 (4224): 264–267. дои : 10.1126/science.191.4224.264 . ПМИД 17832133 . Архивировано из оригинала 15 августа 2017 г.
^ Гонсалес-Гарсия, MC (2003). «Массы нейтрино и смешивание: доказательства и последствия». Обзоры современной физики . 75 (2): 345–402. arXiv : hep-ph/0202058 . дои : 10.1103/revmodphys.75.345 . S2CID 119501801 .
^ Мартин, БР; Шоу, Дж. (1999). Физика элементарных частиц (2-е изд.) . Уайли. п. 265 . ISBN 978-0-471-97285-3 .
^ БТ Кливленд; и др. (1998). «Измерение потока солнечных нейтрино электронов с помощью детектора хлора Homestake» . Астрофизический журнал . 496 (1): 505–526. Бибкод : 1998ApJ...496..505C . дои : 10.1086/305343 .

44 ° 21'12 "N 103 ° 44'39" W / 44,35333 ° N 103,74417 ° W

[1] Бахколл, Дж. Н.; Дэвис-младший, Р. (1976). «Солнечные нейтрино: научная загадка | Наука» . Наука . 191 (4224): 264–267. дои : 10.1126/science.191.4224.264 . ПМИД 17832133 . Архивировано из оригинала 15 августа 2017 г.

[2] Гонсалес-Гарсия, MC (2003). «Массы нейтрино и смешивание: доказательства и последствия». Обзоры современной физики . 75 (2): 345–402. arXiv : hep-ph/0202058 . дои : 10.1103/revmodphys.75.345 . S2CID 119501801 .

[3] Мартин, БР; Шоу, Дж. (1999). Физика элементарных частиц (2-е изд.) . Уайли. п. 265 . ISBN 978-0-471-97285-3 .

[Cleveland1998-4] БТ Кливленд; и др. (1998). «Измерение потока солнечных нейтрино электронов с помощью детектора хлора Homestake» . Астрофизический журнал . 496 (1): 505–526. Бибкод : 1998ApJ...496..505C . дои : 10.1086/305343 .

[1]

[2]

[3]

[4]