Problema dos neutrinos solares
Durante trinta e três anos um número não bateu. Os detectores mediam apenas cerca de um terço dos neutrinos que deveriam vir do Sol — e ninguém sabia dizer se os modelos solares estavam errados, as medições, ou algo completamente diferente.
A resolução de 2001 foi mais bonita que qualquer das respostas esperadas.
O achado de 1968
Raymond Davis construiu na mina de ouro Homestake, em Dakota do Sul, um tanque com 615 toneladas de percloroetileno — líquido de limpeza comum. Se um neutrino do elétron atinge um núcleo de cloro, ele se torna um núcleo de argônio.
Davis lavava a cada poucas semanas os átomos de argônio formados e os contava. Eram literalmente átomos isolados em um tanque de 380 metros cúbicos — uma das medições mais sensíveis já empreendidas.
A previsão vinha de John Bahcall, que havia calculado o interior do Sol. Davis media persistentemente cerca de um terço disso.
Os três suspeitos
Durante três décadas três explicações estiveram em jogo:
| Suspeita | O que teria significado |
|---|---|
| Os modelos solares estão errados | O cálculo de Bahcall não bate — o núcleo é mais frio do que se pensava |
| A medição está errada | O procedimento de Davis perde argônio ou conta mal |
| Os neutrinos se alteram | algo lhes acontece pelo caminho |
As duas primeiras eram plausíveis e foram correspondentemente examinadas a fundo. Bahcall refinou seu modelo ao longo de décadas; a previsão permaneceu. Davis melhorou seu método; o déficit permaneceu.
A terceira suspeita era a mais incômoda, pois exigia física além do Modelo Padrão.
A confirmação por outros métodos
Nos anos 1990 GALLEX no Gran Sasso e SAGE no Cáucaso mediram com gálio em vez de cloro — sensíveis também aos neutrinos de baixa energia da reação próton-próton, que constituem a parte do leão. Também eles encontraram poucos demais.
O Super-Kamiokande mediu a partir de 1996 com água e uma técnica completamente diferente. De novo o mesmo.
Com isso a segunda explicação estava liquidada: quatro experimentos com quatro métodos não podiam cometer todos o mesmo erro.
A resolução de 2001
O Sudbury Neutrino Observatory foi o primeiro capaz de medir as duas coisas ao mesmo tempo — os neutrinos do elétron sozinhos e a soma das três espécies.
O resultado: os neutrinos do elétron faltavam. O número total batia exatamente.
Com isso a questão estava decidida. O modelo solar de Bahcall estivera correto o tempo todo. A medição de Davis estivera correta o tempo todo. O que faltava era um pedaço de física: a oscilação de neutrinos.
A homenagem tardia
Raymond Davis recebeu em 2002 o Prêmio Nobel de Física, aos 88 anos de idade — trinta e quatro anos depois de sua primeira medição. John Bahcall, cujo cálculo estivera correto o tempo todo, não foi distinguido; ele morreu em 2005.
O que o caso ensina
Durante três décadas pareceu que havia um erro em algum lugar. No fim não havia nenhum em lugar algum — faltava uma lei da natureza. Casos assim são raros, e por isso o problema dos neutrinos solares é até hoje uma lição sobre quando se deve acreditar em uma medição incômoda.
Termos relacionados
- Sudbury Neutrino Observatory — a resolução
- Super-Kamiokande — a confirmação independente
- Oscilação de neutrinos — a resposta
- Neutrino — a partícula
- Cronologia da física de neutrinos — de 1968 a 2001
Fontes
- R. Davis, D. S. Harmer, K. C. Hoffman: Search for neutrinos from the Sun. Physical Review Letters 20, 1205 (1968).
- J. N. Bahcall: Solar Neutrinos. Physical Review Letters 12, 300 (1964).
- Q. R. Ahmad et al. (SNO): Physical Review Letters 89, 011301 (2002).
- Nobel Prize Outreach: The Nobel Prize in Physics 2002, nobelprize.org.