Введение

Подземный эксперимент по подсчету солнечных нейтрино Эксперимент Хоместака (иногда называемый экспериментом Дэвиса или Экспериментом солнечного нейтрино и в оригинальной литературе называемый Экспериментом солнечного нейтрино Брукхейвена или Экспериментом Брукхейвена 37Cl (хлора)) был экспериментом, возглавляемым астрофизиками Раймоном Дэвисом-младшим и Джоном Н. Бакалом в конце 1960-х годов. Его целью было собрать и подсчитать нейтрино, испускаемые ядерным синтезом, происходящим на Солнце. Бахалл выполнял теоретические расчеты, а Дэвис проектировал эксперимент. После того как Бахалл рассчитал скорость, с которой детектор должен улавливать нейтрино, эксперимент Дэвиса показал только треть этой цифры. Эксперимент был первым, который успешно обнаружил и подсчитал солнечные нейтрино, и несоответствие результатов создало проблему солнечных нейтрино. Эксперимент проводился непрерывно с 1970 по 1994 год. Университет Пенсильвании взял его в 1984 году. Расхождение между прогнозируемой и измеренной скоростью обнаружения нейтрино позже было связано с колебаниями "вкуса" нейтрино.

Методология

Эксперимент проходил в золотом руднике "Хомстейк" в Лиде, Южная Дакота. Дэвис поместил 380 кубических метров (100 000 галлонов) резервуара с перхлороэтиленом, обычной сухой очистной жидкостью, на глубину 1478 метров (4,850 футов) под землей. Для предотвращения помех космических лучей необходима большая цель глубоко под землей, учитывая очень низкую вероятность успешного захвата нейтрино и, следовательно, очень низкую скорость эффекта даже с огромной массой цели. Перхлоретилен был выбран, потому что он богат хлором. При взаимодействии с электронным нейтрино атом 37Cl превращается в радиоактивный изотоп 37Ar, который затем можно извлечь и подсчитать. Порог реакции составляет 0,814 MeV, т.е. нейтрино должно иметь по крайней мере такую энергию, чтобы быть захваченным ядром 37Cl. Поскольку период полураспада 37Ar составляет 35 дней, каждые несколько недель Дэвис пузырьками пропускал гелий через резервуар, чтобы собрать образованный аргон. 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.

Выводы

Цифры Дэвиса были последовательно очень близки к одной трети вычислений Бакалла. Первый ответ от научного сообщества был, что либо Бакаль, либо Дэвис совершили ошибку. Расчеты Бакалла были проверены неоднократно, без ошибок. Дэвис тщательно изучил свой собственный эксперимент и настаивал, что в нем нет ничего плохого. За экспериментом Homestake последовали другие эксперименты с той же целью, такие как Kamiokande в Японии, SAGE в бывшем Советском Союзе, GALLEX в Италии, Super Kamiokande, также в Японии, и SNO (Sudbury Neutrino Observatory) в Онтарио, Канада. SNO был первым детектором, способным обнаружить колебания нейтрино, решив проблему солнечных нейтрино. Результаты эксперимента, опубликованные в 2001 году, показали, что из трех "ароматизаторов", между которыми могут колебаться нейтрино, детектор Дэвиса чувствителен только к одному. После того, как было доказано, что его эксперимент был правильным, Дэвис разделил Нобелевскую премию по физике 2002 года за вклад в физику нейтрино с Масатоси Кошиба из Японии, который работал над Камиоканде и Супер Камиоканде (премия также была разделена с Риккардо Джаккони за его вклад в рентгеновскую астрономию).