Gargamelle
A Gargamelle foi uma câmara de bolhas do CERN que em 1973 forneceu um dos achados mais importantes da física de partículas: a detecção das correntes neutras.
Com isso a teoria da interação eletrofraca deixou de ser uma conjectura elegante e tornou-se física comprovada — e o caminho até os bósons W e Z ficou livre.
O que é uma câmara de bolhas
Uma câmara de bolhas contém um líquido pouco abaixo do ponto de ebulição. Quando uma partícula carregada a atravessa, surgem ao longo de sua trajetória minúsculas bolhas de vapor. Um flash e várias câmeras fotográficas fixam o rastro.
O procedimento tem uma vantagem que nenhum detector eletrônico daquela época podia oferecer: vê-se o evento. Cada rastro está presente como imagem, com todas as ramificações, curvaturas e lacunas.
E tem uma desvantagem: cada imagem tinha de ser analisada por pessoas. No CERN trabalhavam nisso departamentos inteiros de analistas, que examinavam registro por registro.
A construção
A Gargamelle foi construída na França e operada no CERN a partir de 1970. O recipiente media cerca de 4,8 metros de comprimento e pouco menos de dois metros de diâmetro e comportava aproximadamente 12 metros cúbicos de freon pesado.
A escolha do líquido foi decisiva. O freon é denso, e densidade significa mais núcleos atômicos por volume — ou seja, mais oportunidades para que um neutrino sequer interaja. Em uma partícula com essa seção de choque, cada grama conta.
O nome vem do romance de Rabelais: Gargamelle é a giganta que dá à luz Gargântua.
A questão
A teoria eletrofraca formulada em 1967 por Glashow, Salam e Weinberg previa algo incomum.
Conheciam-se processos em que um neutrino se transforma em um lépton carregado — as correntes carregadas. A teoria exigia, ao lado disso, processos em que o neutrino continua neutrino e apenas transfere energia: as correntes neutras.
Ninguém jamais havia observado eventos desse tipo. Se eles não existissem, a teoria estaria refutada — e com ela a perspectiva de uma unificação da força fraca com a eletromagnética.
A detecção
A imagem procurada é peculiar. Um neutrino entra, invisível. Ele atinge um núcleon, gera um chuveiro de hádrons — e desaparece de novo, igualmente invisível.
No filme vê-se, portanto, um tufo de rastros que surge do nada e ao qual não pertence nenhum múon. Em uma corrente carregada seria visível, em vez disso, um longo rastro contínuo de múon.
Foram exatamente registros desse tipo que a colaboração encontrou — cerca de cem eventos sem múon contra algumas centenas com múon. A proporção correspondia à previsão.
A verdadeira dificuldade
A parte difícil não foi encontrar, mas excluir.
Nêutrons vindos do ambiente podem gerar a mesma imagem: eles também são neutros, também invisíveis, e uma colisão gera igualmente um chuveiro.
A colaboração resolveu isso pela distribuição espacial. Os nêutrons vêm de fora e são rapidamente detidos no líquido — seus eventos deveriam se acumular na borda. Os neutrinos atravessam tudo e produzem seus eventos de modo uniforme por todo o volume.
Os eventos encontrados estavam distribuídos uniformemente.
Adicionalmente, Franz Josef Hasert encontrou um único registro em que um elétron muda de direção sem causa reconhecível — a forma mais pura concebível de uma corrente neutra, na qual um neutrino se espalha em um elétron. Um único evento, mas um sem qualquer interpretação alternativa.
As consequências
Em julho de 1973 o CERN anunciou a detecção. O achado tornou crível a teoria eletrofraca, e Glashow, Salam e Weinberg receberam em 1979 o Prêmio Nobel — antes que os próprios bósons fossem encontrados. A detecção destes se deu em 1983, também no CERN.
Para a física de neutrinos a Gargamelle tem importância imediata. O espalhamento coerente em núcleos atômicos, no qual se apoiam os pequenos detectores atuais, é um processo por correntes neutras. E o Sudbury Neutrino Observatory resolveu o problema dos neutrinos solares comparando entre si as correntes carregadas e as neutras.
Sem o achado de 1973 não haveria nem a teoria correspondente nem a expectativa de que algo assim possa ser medido.
Repercussão
A câmara ficou inutilizável em 1979 por causa de uma rachadura. Hoje ela está na área externa do CERN e é um dos poucos grandes aparelhos da física de partículas que se pode contemplar de fora.
Termos relacionados
- Bósons W e Z — os portadores da força
- Interação fraca
- CEνNS — uma corrente neutra em aplicação atual
- Sudbury Neutrino Observatory
Fontes
- F. J. Hasert et al. (Colaboração 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).