Experimento Cowan-Reines
O experimento Cowan-Reines detectou em 1956, pela primeira vez, um neutrino — 26 anos depois de Wolfgang Pauli o ter proposto e ele próprio ter duvidado de que algum dia fosse encontrado.
Os físicos envolvidos chamaram seu empreendimento de Project Poltergeist, em referência a um espírito que se faz notar sem ser visível.
A primeira ideia, descartada
Frederick Reines e Clyde Cowan trabalhavam em Los Alamos. Sua primeira consideração era tão ousada quanto óbvia para a época: queria-se colocar o detector em um poço ao lado de uma explosão de arma nuclear e medir em fração de segundo, enquanto o colossal clarão de neutrinos passava.
O plano foi abandonado — não porque fosse inexequível, mas porque se encontrou um melhor. Um reator nuclear fornece antineutrinos de modo permanente, e a permanência permite algo decisivo: pode-se desligar o reator e medir o mesmo arranjo sem sinal.
Esse controle negativo foi, ao fim, o argumento mais forte do experimento.
O processo de detecção
Utilizou-se o decaimento beta inverso: um antineutrino atinge um próton e gera a partir dele um nêutron e um pósitron.
O artifício estava em que, nesse processo, surgem dois sinais em sequência.
O pósitron encontra imediatamente um elétron e se aniquila. Surgem daí dois quanta gama de 511 quiloelétrons-volt cada, que voam em direções opostas — o primeiro clarão.
O nêutron, por sua vez, vagueia por alguns microssegundos até ser capturado por um núcleo de cádmio. Este libera a energia igualmente como radiação gama — o segundo clarão.
Dois clarões no intervalo de tempo certo, com as energias certas, no lugar certo: essa assinatura dificilmente podia ser confundida. Ela se chama hoje coincidência retardada e sustenta até hoje toda medição em reator, do KamLAND ao JUNO.
O dispositivo
Após uma primeira tentativa não conclusiva no reator de Hanford, em 1953, os dois se mudaram em 1956 para o reator de Savannah River, na Carolina do Sul — com melhor blindagem e um arranjo maior, doze metros abaixo da superfície.
Entre três tanques com cintilador havia dois recipientes com cerca de 200 litros de água cada, na qual estava dissolvido cloreto de cádmio. A água fornecia os prótons, o cádmio capturava os nêutrons. Mais de cem fotomultiplicadores olhavam para dentro de cada tanque de cintilador.
O rendimento era de cerca de três eventos por hora.
Os controles
O que tornou o experimento convincente não foram os três eventos, mas os testes ao lado deles.
Desligar. Com o reator parado, o sinal desaparecia.
Inverter a ordem. Trocando-se a ordem esperada dos dois clarões, nada restava.
Remover o cádmio. Sem o capturador de nêutrons, o segundo sinal deixava de ocorrer.
Cada uma dessas provas poderia ter derrubado o resultado. Nenhuma o fez.
A propósito, a taxa medida forneceu o primeiro valor experimental para a seção de choque do neutrino — e ele concordava com o cálculo de Hans Bethe e Rudolf Peierls, que vinte anos antes haviam concluído dele que uma detecção seria impossível.
O telegrama
Em 14 de junho de 1956 Cowan e Reines enviaram uma mensagem a Zurique: dizia que se haviam detectado neutrinos de forma inequívoca. Conta-se que Pauli passou a noite com amigos e uma caixa de champanhe — que, segundo a tradição, ele havia antes apostado que nunca se conseguiria.
Repercussão
Reines recebeu o Prêmio Nobel em 1995. Cowan havia morrido em 1974; a distinção não é concedida postumamente. Reines o mencionou por toda a vida como parceiro em pé de igualdade, e na literatura especializada o experimento leva até hoje o nome de ambos.
Termos relacionados
- Frederick Reines e Clyde Cowan
- Antineutrino — o que surge no reator
- Wolfgang Pauli — a proposta de 1930
- Cintilador — a técnica de detecção
Fontes
- 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, Conferência Nobel de 1995.