Arthur B. McDonald
Arthur Bruce McDonald (nacido el 29 de agosto de 1943 en Sydney, Nueva Escocia) es un físico canadiense. Dirigió el Sudbury Neutrino Observatory, que en 2001 y 2002 decidió la cuestión de adónde desaparecen los neutrinos solares que faltan. En 2015 recibió, junto con Takaaki Kajita, el Premio Nobel de Física.
Trayectoria
McDonald creció en la isla del Cabo Bretón y estudió en la Dalhousie University de Halifax. En 1969 se doctoró en el California Institute of Technology. Tras años en el centro canadiense de investigación nuclear de Chalk River y una cátedra en Princeton, regresó en 1989 a Canadá, a la Queen's University de Kingston, Ontario.
Ese mismo año asumió la dirección del proyecto que habría de hacerlo conocido.
El problema que llevaba treinta años abierto
Desde que Raymond Davis presentó a partir de 1968 resultados del experimento Homestake, había una cifra en el aire que nadie podía explicar: solo llegaba alrededor de un tercio de los neutrinos solares calculados por John Bahcall.
Para este problema de los neutrinos solares había dos explicaciones. O bien el modelo solar era erróneo — entonces los astrofísicos habrían pasado por alto algo fundamental. O bien los neutrinos se modificaban por el camino — entonces los físicos de partículas habrían pasado algo por alto.
Ningún experimento podía distinguir entre ambas cosas. Y es que todos los detectores existentes respondían únicamente a los neutrinos electrónicos, es decir, a aquella clase que el Sol produce. Si las partículas se transformaban por el camino en otra clase, los detectores veían lo mismo que en el caso de un Sol más débil: menos sucesos. La causa quedaba oculta.
La idea: agua pesada
La instalación de McDonald resolvió eso con un recurso ingenioso que se apoyaba en una vía canadiense particular. Canadá opera centrales nucleares del tipo CANDU, que trabajan con agua pesada. De ella pudieron tomarse prestadas 1 000 toneladas — por un valor de varios cientos de millones de dólares.
El agua pesada contiene deuterio, y el deuterio reacciona de dos maneras distintas con los neutrinos:
Por la corriente cargada. Solo los neutrinos electrónicos pueden escindir el deuterón en dos protones y un electrón. Esta reacción cuenta, pues, cuántos neutrinos han conservado su clase original.
Por la corriente neutra. Cualquier clase de neutrino puede descomponer el deuterón en un protón y un neutrón. Esta reacción cuenta todos los neutrinos, sea cual sea su clase.
La comparación de ambas cifras responde a la pregunta de forma inmediata — y además sin tener que recurrir en absoluto al modelo solar. Precisamente en ello reside la elegancia del montaje.
El resultado
El detector se hallaba a dos kilómetros de profundidad en la mina de níquel Creighton, cerca de Sudbury, Ontario. La construcción duró nueve años.
Las mediciones dieron el siguiente resultado: por la corriente cargada llegaba alrededor de un tercio de la tasa esperada — exactamente el déficit que Davis había encontrado. Por la corriente neutra llegaba la tasa completa.
Con ello quedaban mostradas ambas cosas a la vez. El Sol emite exactamente tantos neutrinos como Bahcall había calculado. Y por el camino dos tercios de ellos se transforman en otras clases.
El problema de los neutrinos solares quedó resuelto tras más de tres décadas — no por un error en el cálculo, sino por una propiedad de las partículas que nadie había supuesto.
Por qué hacían falta ambos galardonados
Kajita había mostrado con neutrinos atmosféricos que los neutrinos muónicos desaparecen. McDonald mostró con neutrinos solares que los neutrinos electrónicos se transforman y en qué se transforman.
Solo juntos dan los dos hallazgos una imagen cerrada: los neutrinos se convierten unos en otros, luego poseen masa. El modelo estándar tiene que ampliarse en este punto.
La Fundación Nobel reconoció en 2015 justamente esa conexión.
Después
McDonald está emérito, pero sigue en activo. Del observatorio de Sudbury nació el laboratorio subterráneo SNOLAB, que hoy busca materia oscura y estudia con SNO+ la doble desintegración beta sin neutrinos.
Es Compañero de la Orden de Canadá, la más alta distinción civil del país.
Términos relacionados
- Sudbury Neutrino Observatory — la instalación
- Problema de los neutrinos solares — la cuestión resuelta
- Takaaki Kajita — su colaureado
- John Bahcall — aquel cuyo cálculo fue confirmado
Fuentes
- Colaboración SNO (Q. R. Ahmad et al.): Direct Evidence for Neutrino Flavor Transformation from Neutral-Current Interactions in the Sudbury Neutrino Observatory, Physical Review Letters 89, 011301 (2002).
- Fundación Nobel: Premio Nobel de Física 2015, motivación y conferencia Nobel de Arthur B. McDonald.