Experimento Cowan-Reines
El experimento Cowan-Reines detectó en 1956 por primera vez un neutrino — 26 años después de que Wolfgang Pauli lo hubiera propuesto y hubiera dudado él mismo de que alguna vez se pudiera encontrar.
Los físicos que participaron llamaron a su proyecto Project Poltergeist, por un espíritu que se hace notar sin ser visible.
La primera idea, desechada
Frederick Reines y Clyde Cowan trabajaban en Los Álamos. Su primera reflexión fue tan audaz como evidente en aquel momento: se quería colocar el detector en un pozo junto a una explosión de arma nuclear y medir en una fracción de segundo, mientras pasaba el enorme destello de neutrinos.
El plan se abandonó — no porque fuese irrealizable, sino porque se encontró uno mejor. Un reactor nuclear suministra antineutrinos de manera permanente, y la permanencia permite algo decisivo: se puede apagar el reactor y medir el mismo montaje sin señal.
Ese control negativo fue al final el argumento más fuerte del experimento.
El proceso de detección
Se aprovechó la desintegración beta inversa: un antineutrino alcanza un protón y genera a partir de él un neutrón y un positrón.
El artificio consistía en que así surgen dos señales una tras otra.
El positrón se encuentra de inmediato con un electrón y se aniquila. Surgen entonces dos cuantos gamma de 511 kiloelectronvoltios cada uno, que vuelan en direcciones opuestas — el primer destello.
El neutrón, en cambio, deambula durante algunos microsegundos hasta que un núcleo de cadmio lo captura. Este cede la energía igualmente en forma de radiación gamma — el segundo destello.
Dos destellos con la separación temporal correcta, con las energías correctas, en el lugar correcto: esa firma apenas se podía confundir. Hoy se llama coincidencia retardada y sostiene hasta hoy toda medición en reactores, desde KamLAND hasta JUNO.
El montaje
Tras un primer intento no concluyente en el reactor de Hanford, en el año 1953, ambos se trasladaron en 1956 al reactor de Savannah River, en Carolina del Sur — con mejor blindaje y un montaje mayor, doce metros bajo tierra.
Entre tres tanques de centellador había dos recipientes con unos 200 litros de agua cada uno, en la que se había disuelto cloruro de cadmio. El agua aportaba los protones, el cadmio capturaba los neutrones. Más de cien fotomultiplicadores miraban al interior de cada tanque de centellador.
El rendimiento era de unos tres sucesos por hora.
Los controles
Lo que hacía convincente al experimento no eran los tres sucesos, sino las comprobaciones que los acompañaban.
Apagar. Con el reactor parado, la señal desaparecía.
Invertir el orden. Si se intercambiaba el orden esperado de los dos destellos, no quedaba nada.
Retirar el cadmio. Sin el capturador de neutrones, la segunda señal no aparecía.
Cada una de estas pruebas habría podido tumbar el resultado. Ninguna lo hizo.
De paso, la tasa medida proporcionó el primer valor experimental de la sección eficaz del neutrino — y concordaba con el cálculo de Hans Bethe y Rudolf Peierls, quienes veinte años antes habían concluido de él que una detección era imposible.
El telegrama
El 14 de junio de 1956, Cowan y Reines enviaron un mensaje a Zúrich: se habían detectado neutrinos de manera inequívoca. Se dice que Pauli pasó la velada con amigos y una caja de champán — que, según la tradición, había apostado antes a que nunca se lograría.
Repercusión
Reines recibió en 1995 el Premio Nobel. Cowan había muerto en 1974; la distinción no se concede a título póstumo. Reines lo nombró toda su vida como socio en pie de igualdad, y en la literatura especializada el experimento lleva hasta hoy el nombre de ambos.
Términos relacionados
- Frederick Reines y Clyde Cowan
- Antineutrino — lo que surge en el reactor
- Wolfgang Pauli — la propuesta de 1930
- Centellador — la técnica de detección
Fuentes
- C. L. Cowan, F. Reines, F. B. Harrison, H. W. Kruse, A. D. McGuire: Detection of the Free Neutrino: A Confirmation, Science 124, 103 (1956).
- F. Reines: The neutrino: from poltergeist to particle, conferencia Nobel de 1995.