Arthur B. McDonald
Arthur Bruce McDonald (nascido em 29 de agosto de 1943 em Sydney, Nova Escócia) é um físico canadense. Ele dirigiu o Sudbury Neutrino Observatory, que em 2001 e 2002 decidiu a questão de para onde desaparecem os neutrinos solares que faltam. Em 2015 recebeu, junto com Takaaki Kajita, o Prêmio Nobel de Física.
Trajetória
McDonald cresceu na Ilha do Cabo Bretão e estudou na Dalhousie University em Halifax. Em 1969 doutorou-se no California Institute of Technology. Depois de anos no centro canadense de pesquisa nuclear Chalk River e de uma cátedra em Princeton, voltou em 1989 ao Canadá, para a Queen's University em Kingston, Ontário.
No mesmo ano assumiu a direção do empreendimento que o tornaria conhecido.
O problema que ficou trinta anos em aberto
Desde que Raymond Davis apresentou, a partir de 1968, resultados do experimento Homestake, havia um número em circulação que ninguém conseguia explicar: chegava apenas cerca de um terço dos neutrinos solares calculados por John Bahcall.
Para esse problema dos neutrinos solares havia duas explicações. Ou o modelo solar padrão estava errado — e então os astrofísicos teriam deixado escapar algo fundamental. Ou os neutrinos se alteravam pelo caminho — e então os físicos de partículas teriam deixado escapar algo.
Nenhum experimento conseguia distinguir entre as duas. É que todos os detectores até então respondiam apenas a neutrinos do elétron, ou seja, àquele tipo que o Sol produz. Se as partículas se transformassem pelo caminho em outro tipo, os detectores viam o mesmo que veriam com um Sol mais fraco: menos eventos. A causa permanecia oculta.
A ideia: água pesada
A instalação de McDonald resolveu isso com um artifício que se apoiava em uma particularidade canadense. O Canadá opera usinas nucleares do tipo CANDU, que trabalham com água pesada. Dela foi possível tomar emprestadas 1 000 toneladas — no valor de várias centenas de milhões de dólares.
A água pesada contém deutério, e o deutério reage de duas maneiras diferentes com neutrinos:
Pela corrente carregada. Somente neutrinos do elétron podem dividir o dêuteron em dois prótons e um elétron. Essa reação conta, portanto, quantos neutrinos mantiveram seu tipo original.
Pela corrente neutra. Qualquer tipo de neutrino pode decompor o dêuteron em um próton e um nêutron. Essa reação conta todos os neutrinos, seja qual for seu tipo.
A comparação dos dois números responde à pergunta de forma direta — e isso sem que se precise recorrer ao modelo solar padrão. Exatamente nisso está a elegância da montagem.
O resultado
O detector ficava a dois quilômetros de profundidade na mina de níquel Creighton, perto de Sudbury, Ontário. A construção durou nove anos.
As medições resultaram no seguinte: pela corrente carregada chegava cerca de um terço da taxa esperada — exatamente o déficit que Davis havia encontrado. Pela corrente neutra chegava a taxa completa.
Com isso ficaram demonstradas ao mesmo tempo as duas coisas. O Sol emite exatamente tantos neutrinos quantos Bahcall havia calculado. E pelo caminho dois terços deles se convertem em outros tipos.
O problema dos neutrinos solares estava resolvido depois de mais de três décadas — não por um erro no cálculo, mas por uma propriedade das partículas que ninguém havia pressuposto.
Por que ambos os laureados eram necessários
Kajita havia mostrado, com neutrinos atmosféricos, que os neutrinos do múon desaparecem. McDonald mostrou, com neutrinos solares, que os neutrinos do elétron se convertem e em quê.
Só juntos os dois achados compõem um quadro fechado: os neutrinos passam uns aos outros, logo possuem massa. O modelo padrão precisa ser ampliado nesse ponto.
A Fundação Nobel reconheceu em 2015 exatamente essa ligação.
Depois disso
McDonald é emérito, mas continua ativo. Do observatório de Sudbury surgiu o laboratório subterrâneo SNOLAB, que hoje procura matéria escura e, com o SNO+, investiga o duplo decaimento beta sem neutrinos.
Ele é Companion da Order of Canada, a mais alta distinção civil do país.
Termos relacionados
- Sudbury Neutrino Observatory — a instalação
- Problema dos neutrinos solares — a questão resolvida
- Takaaki Kajita — seu colaureado
- John Bahcall — aquele cujo cálculo foi confirmado
Fontes
- Colaboração 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).
- Fundação Nobel: Prêmio Nobel de Física 2015, motivação e palestra Nobel de Arthur B. McDonald.