Raymond Davis Jr.: el químico que contaba átomos de uno en uno
La historia de Homestake suele contarse como un triunfo, y lo fue. Resulta más útil contada como debió de sentirse: un químico realizando un experimento que nadie más podía comprobar, produciendo una cifra que nadie creía, y continuando un cuarto de siglo mientras el campo esperaba a que encontrara su error. Nunca encontró ninguno, porque no lo había.
La absurda practicidad del método
Bruno Pontecorvo había propuesto en 1946 que un neutrino que golpea cloro-37 lo convierte en argón-37, y que el argón, al ser gas noble, podría extraerse del líquido y contarse. Davis, químico en Brookhaven y no físico, tomó la propuesta al pie de la letra.
El fluido de trabajo era percloroetileno, líquido de tintorería, elegido por barato, rico en cloro y disponible comercialmente por cisternas. Instaló 380.000 litros, unas 615 toneladas, en un tanque en el nivel de 4.850 pies de la mina de oro de Homestake, en Dakota del Sur. La profundidad era necesaria: casi 1.500 metros de roca eliminan el fondo de rayos cósmicos que de otro modo lo ahogaría todo.
La señal esperada era de aproximadamente un átomo de argón-37 producido al día en todo el tanque. Cada pocas semanas purgaba el tanque con helio, barría el argón acumulado y contaba sus desintegraciones radiactivas en un contador proporcional lo bastante pequeño para sostenerlo en una mano.
Merece detenerse en lo que eso exige. Extraer unos quince átomos concretos de 615 toneladas de líquido, y estar seguro de haber recogido la mayoría y de que son los correctos, es un problema químico de una severidad con pocos paralelos. Davis lo calibraba añadiendo un número conocido de átomos de argón y midiendo cuántos volvían.
La cifra que no se iba
Desde los primeros resultados de 1968, el recuento salía en torno a un tercio de lo que predecía el modelo solar estándar. No cero, lo que habría sugerido que el método fallaba. No el valor previsto. Un tercio estable y reproducible.
Había dos explicaciones obvias y ambas apuntaban lejos de cualquier cosa interesante. O la eficiencia de extracción de Davis era peor de lo que creía, o el modelo solar de John Bahcall sobrestimaba la producción de neutrinos. Casi todos suponían una de las dos, y durante mucho tiempo nadie pudo descartar ninguna.
Así que Davis siguió midiendo, veinticinco años, mejorando calibraciones y acumulando estadística. Bahcall siguió refinando el modelo solar, y seguía prediciendo el mismo flujo. La discrepancia no se estrechó: se endureció.
Esto se conoció como el problema de los neutrinos solares, y es uno de los mejores ejemplos de la física moderna de una anomalía que no se explicó a la ligera ni se creyó prematuramente. El campo la mantuvo abierta tres décadas, que es la respuesta correcta ante un resultado que no puedes explicar ni descartar.
La resolución
El detector de Davis solo era sensible a los neutrinos electrónicos. Eso se supo desde el principio y era la escapatoria, aunque nadie podía confirmarla sin un detector capaz de ver los otros tipos.
Super-Kamiokande demostró en 1998 que los neutrinos cambian de tipo en vuelo. El Observatorio de Neutrinos de Sudbury midió después tanto el flujo de neutrinos electrónicos como el total de los tres tipos procedentes del Sol, y halló que el total coincidía con el modelo de Bahcall mientras la componente electrónica era en torno a un tercio.
Davis había estado midiendo correctamente todo el tiempo. Dos tercios de los neutrinos solares llegaban como tipos que su cloro no podía ver. El modelo solar era correcto, el experimento era correcto, y lo que faltaba era la oscilación, que exigía que los neutrinos tuvieran masa, algo que el Modelo Estándar había negado.
Recibió el Nobel de Física en 2002, a los 88 años, compartido con Masatoshi Koshiba y Riccardo Giacconi. Murió en 2006. Bahcall, cuyo modelo se había puesto en duda junto con la medida, no recibió ninguno; murió en 2005.
Por qué la historia merece conservarse
La lectura evidente es la perseverancia recompensada, y es cierta pero pobre. La lectura más útil trata de qué hizo el campo con un resultado que no podía aceptar.
Nadie suprimió la cifra de Davis, y nadie la adoptó tampoco. Se publicó, se repitió, se comprobó y se dejó en pie como problema abierto durante treinta años mientras se trabajaba en la química y en el modelo solar. La resolución llegó de un experimento independiente con una técnica completamente distinta, que es el único tipo de resolución que zanja algo.
También importa que Davis mantuviera el experimento en marcha en lugar de defender el resultado retóricamente. La discusión se ganó con veinticinco años de datos y no con insistencia, y cuando llegó la respuesta lo reivindicó desde una dirección por la que él no había estado argumentando.
En esa misma mina se construye hoy DUNE, en el mismo nivel, a unos cientos de metros de donde estaba su tanque.
Preguntas frecuentes
¿Qué medía realmente el experimento de Homestake?
Neutrinos solares, contando los átomos de argón-37 producidos cuando un neutrino convierte un núcleo de cloro-37. El detector contenía 615 toneladas de percloroetileno a unos 1.478 metros bajo tierra.
¿De cuántos átomos hablamos?
De aproximadamente un átomo de argón producido al día en todo el tanque. Davis los extraía y contaba cada pocas semanas, lo que supone separar unos quince átomos concretos de 615 toneladas de líquido.
¿Por qué nadie creía el resultado?
Porque era un tercio de la predicción, y las dos explicaciones directas eran un problema de extracción o un error del modelo solar. Durante mucho tiempo no pudo descartarse ninguna, y ambas eran menos notables que la verdad.
¿Cuál fue la explicación real?
Su detector solo veía neutrinos electrónicos. Dos tercios de los neutrinos solares habían cambiado de tipo en vuelo. Confirmarlo requirió Super-Kamiokande en 1998 y el Observatorio de Sudbury en 2001 y 2002.
¿Vivió para ser reivindicado?
Sí. Recibió el Nobel en 2002 a los 88 años y murió en 2006. John Bahcall, cuyo modelo solar se había puesto en duda junto con la medida, no lo recibió y murió en 2005.
