Gargamelle
Gargamelle fue una cámara de burbujas del CERN que en 1973 proporcionó uno de los hallazgos más importantes de la física de partículas: la detección de las corrientes neutras.
Con ello, la teoría de la interacción electrodébil pasó de ser una conjetura elegante a ser física comprobada — y el camino hacia los bosones W y Z quedó despejado.
Qué es una cámara de burbujas
Una cámara de burbujas contiene un líquido justo por debajo del punto de ebullición. Cuando una partícula cargada la atraviesa, surgen a lo largo de su trayectoria diminutas burbujas de vapor. Un destello de luz y varias cámaras fotográficas fijan la traza.
El procedimiento tiene una ventaja que ningún detector electrónico de aquella época podía ofrecer: se ve el suceso. Cada traza está disponible como imagen, con todas sus ramificaciones, curvaturas y huecos.
Y tiene un inconveniente: cada imagen debía ser analizada por personas. En el CERN trabajaban para ello departamentos enteros de analistas que revisaban toma tras toma.
La construcción
Gargamelle se construyó en Francia y se explotó en el CERN a partir de 1970. El recipiente medía unos 4,8 metros de longitud y algo menos de dos metros de diámetro, y contenía unos 12 metros cúbicos de freón pesado.
La elección del líquido fue decisiva. El freón es denso, y densidad significa más núcleos atómicos por volumen — es decir, más ocasiones para que un neutrino llegue siquiera a interaccionar. En una partícula con esta sección eficaz cuenta cada gramo.
El nombre procede de la novela de Rabelais: Gargamelle es la giganta que trae al mundo a Gargantúa.
La pregunta
La teoría electrodébil de Glashow, Salam y Weinberg, formulada en 1967, predecía algo insólito.
Se conocían procesos en los que un neutrino se transforma en un leptón cargado — las corrientes cargadas. La teoría exigía además procesos en los que el neutrino sigue siendo neutrino y solo transfiere energía: las corrientes neutras.
Nadie había observado nunca tales sucesos. Si no existieran, la teoría habría quedado refutada — y con ella la perspectiva de una unificación de la fuerza débil y la electromagnética.
La detección
La imagen buscada es peculiar. Un neutrino entra, invisible. Alcanza un nucleón, genera una cascada de hadrones — y vuelve a desaparecer, igualmente invisible.
En la película se ve, pues, un haz de trazas que surge de la nada y al que no pertenece ningún muón. En una corriente cargada se vería en su lugar una traza de muón larga y continua.
Exactamente esas tomas encontró la colaboración — alrededor de cien sucesos sin muón frente a algunos centenares con muón. La proporción concordaba con la predicción.
La verdadera dificultad
La parte difícil no era encontrar, sino descartar.
Los neutrones procedentes del entorno pueden generar la misma imagen: son igualmente neutros, igualmente invisibles, y un choque genera igualmente una cascada.
La colaboración lo resolvió mediante la distribución espacial. Los neutrones vienen de fuera y se frenan rápidamente en el líquido — sus sucesos deberían acumularse en el borde. Los neutrinos lo atraviesan todo y generan sus sucesos de manera uniforme por todo el volumen.
Los sucesos hallados estaban distribuidos uniformemente.
Además, Franz Josef Hasert encontró una única toma en la que un electrón cambia de dirección sin causa reconocible — la forma más pura imaginable de una corriente neutra, en la que un neutrino se dispersa en un electrón. Un solo suceso, pero uno sin ninguna interpretación alternativa.
Las consecuencias
En julio de 1973, el CERN dio a conocer la detección. El hallazgo hizo creíble la teoría electrodébil, y Glashow, Salam y Weinberg recibieron en 1979 el Premio Nobel — antes de que se hubieran encontrado los propios bosones. Su detección se logró en 1983, también en el CERN.
Para la física de neutrinos, Gargamelle tiene una importancia inmediata. La dispersión coherente en núcleos atómicos, en la que se apoyan los pequeños detectores actuales, es un proceso que transcurre por corrientes neutras. Y el Sudbury Neutrino Observatory resolvió el problema de los neutrinos solares comparando entre sí las corrientes cargadas y las neutras.
Sin el hallazgo de 1973 no existiría ni la teoría correspondiente ni la expectativa de que algo así se pueda medir.
Repercusión
La cámara quedó inservible en 1979 a causa de una grieta. Hoy se encuentra en el recinto exterior del CERN y es uno de los pocos grandes instrumentos de la física de partículas que se pueden contemplar desde fuera.
Términos relacionados
- Bosones W y Z — los portadores de la fuerza
- Interacción débil
- CEνNS — una corriente neutra en su aplicación actual
- Sudbury Neutrino Observatory
Fuentes
- F. J. Hasert et al. (colaboración Gargamelle): Observation of neutrino-like interactions without muon or electron in the Gargamelle neutrino experiment, Physics Letters B 46, 138 (1973).
- F. J. Hasert et al.: Search for elastic muon-neutrino electron scattering, Physics Letters B 46, 121 (1973).