Кіріспе
Жер астындағы күн нейтриноларын санау эксперименті Homestake эксперименті (кейде Дэвис эксперименті немесе Күн нейтриносы эксперименті деп аталады және түпнұсқа әдебиетте Брукхейвен Күн нейтриносы эксперименті немесе Брукхейвен 37Cl (хлор) эксперименті деп аталады) 1960 жылдардың соңында астрофизиктер Реймонд Дэвис, Jr. және Джон Н. Бахалл бастаған эксперимент болды. Оның мақсаты - Күнде ядролық синтезден шығатын нейтриноларды жинау және санау еді. Бахалл теориялық есептеулерді орындады, ал Дэвис экспериментті жасады. Бахалл детектордың нейтриноларды ұстауы керек жылдамдығын есептегеннен кейін, Дэвистің эксперименті осы санның үштен бірін ғана көрсетті. Бұл эксперимент бірінші рет күн нейтриноларын табысты анықтап, санап шықты, ал нәтижелердегі айырмашылықтар күн нейтриноларының проблемасын туды. Бұл тәжірибе 1970 жылдан 1994 жылға дейін үздіксіз жүргізілді. 1984 жылы оны Пенсильвания университеті өз қолына алды. Нейтриноны анықтаудың болжалған және өлшенген жылдамдықтарының айырмашылығы кейін нейтриноның "тамыры" тербелістеріне байланысты екені анықталды.
The Homestake experiment (sometimes referred to as the Davis experiment or Solar Neutrino Experiment and in original literature called Brookhaven Solar Neutrino Experiment or Brookhaven 37Cl (Chlorine) Experiment) was an experiment headed by astrophysicists Raymond Davis, Jr. and John N. Bahcall in the late 1960s. Its purpose was to collect and count neutrinos emitted by nuclear fusion taking place in the Sun. Bahcall performed the theoretical calculations and Davis designed the experiment. After Bahcall calculated the rate at which the detector should capture neutrinos, Davis's experiment turned up only one third of this figure. The experiment was the first to successfully detect and count solar neutrinos, and the discrepancy in results created the solar neutrino problem. The experiment operated continuously from 1970 until 1994. The University of Pennsylvania took it over in 1984. The discrepancy between the predicted and measured rates of neutrino detection was later found to be due to neutrino "flavour" oscillations.
Әдістеме
Бұл эксперимент Оңтүстік Дакота штатының Lead қаласындағы Homestake алтын кенішінде жүргізілді. Дэвис жер астына 380 метрлік (100 000 галлон) перхлорэтилен резервуарын орналастырды, бұл жалпы құрғақ тазалау сұйықтығы, жер астына 1478 метр. Нейтриноны табысты ұстап алудың өте аз ықтималдығын және сондықтан нысананың үлкен массасына қарамастан әсер етудің өте төмен деңгейін ескере отырып, ғаламдық сәулелердің кедергісін болдырмау үшін жер астындағы терең үлкен нысана қажет болды. Перхлорэтилен хлорға бай болғандықтан таңдалды. Электрондық нейтриномен өзара әрекеттескенде 37Cl атомы 37Ar радиоактивті изотобына айналады, содан кейін оны алу және санау мүмкін. Нейтриноны ұстау реакциясы реакция шегі 0,814 MeV, яғни нейтриноның 37Cl ядросы ұстайтын энергиясы кем дегенде осы энергияға ие болуы керек. 37Ar-дың жартылай жойылу мерзімі 35 күн болғандықтан, әр бірнеше апта сайын Дэвис құралған аргонды жинау үшін резервуарға гелийді бүркіп тастады. 37Ar атомдарының бірнеше ондаған жиналғандары (тұрақты аргонмен бірге) оның ыдырауын анықтау үшін шағын (бірнеше текше см) газ есептегішке толтырылды. Осылайша Дэвис қанша нейтриноның тұтқындалғанын анықтай алды.
The reaction threshold is 0.814 MeV, i. e. the neutrino should have at least this energy to be captured by the 37Cl nucleus. Because 37Ar has a half life of 35 days, every few weeks, Davis bubbled helium through the tank to collect the argon that had formed. A small (few cubic cm) gas counter was filled by the collected few tens of atoms of 37Ar (together with the stable argon) to detect its decays. In such a way, Davis was able to determine how many neutrinos had been captured.
Қорытындылар
Дэвистің сандары Бахаллдың есептеулерінің үштен бір бөлігіне үнемі жақын болды. Ғылыми қауымдастықтың алғашқы реакциясы Бахалл немесе Дэвис қателік жасады деген болатын. Бахаллдың есептеулері бірнеше рет тексерілді, ешқандай қате табылмады. Дэвис өзінің экспериментін мұқият қарап, онда ештеңе жоқ деп айтты. Homestake экспериментімен бірге басқа да эксперименттер жүргізілді, мысалы, Жапониядағы Камиоканде, бұрынғы Кеңес Одағындағы SAGE, Италиядағы GALLEX, Жапониядағы Супер Камиоканде және Канададағы Онтариодағы SNO (Садбери нейтрино обсерваториясы). SNO - бұл нейтрино тербелісін байқай алатын алғашқы детектор, бұл күн нейтрино проблемасын шешті. 2001 жылы жарияланған эксперименттің нәтижелері нейтринолар тербеліске қабілетті үш "тұнның" тек біреуіне ғана Дэвис детекторының сезімтал екенін көрсетті. Оның эксперименті дұрыс екені дәлелденгеннен кейін, Дэвис Нейтрино физикасына қосқан үлесі үшін 2002 жылғы Нобель сыйлығын Жапонияның Масатоши Кошибасымен бөлісті, ол Камиоканде мен Супер Камиокандеде жұмыс істеді (жүлде Р.Джаконимен рентген астрономиясына қосқан үлесі үшін бөлісті).