La sfida di Ray Davis e la prima misura di neutrini solari

Ciò che colpisce maggiormente seguendo l'attività di Ray Davis sui neutrini fu la sua incrollabile tenacia e determinazione.

Come abbiamo visto nelle sezioni precedenti Ray Davis aveva tentato di provare sperimentalmente l'esistenza dei neutrini con metodi radiochimici, ed in particolare utilizzando la reazione di Pontecorvo :

Davis pensa dunque di utilizzare lo stesso processo con il quale aveva cercato di rivelare i neutrini prodotti da reattori nucleari per rivelare i neutrini prodotti dal sole. L'ostacolo maggiore che Davis fu costretto ad affrontare era il fatto che la maggior parte dei neutrini prodotti dalla catena PP non erano sufficientemente energetici per interagire con il Cloro per produrre Argon.

Ma Davis non perse la speranza e calcolò che , se il suo esperimento non poteva essere sensibile ai neutrini più numerosi prodotti dalla catena PP, quelli identificati dalla curva gialla mostata qui a fianco, lo era invece per i neutrini prodotti dalla reazione del Be7, meno numerosi ma comunque presenti nel flusso solare.

"Davis decise così nel 1959 di collocare il suo esperimento sotto terra , a 700 m di profondità, nella miniera di calcare di Barbetron, in Ohio, per stare al riparo dai raggi cosmici. Tuttavia dovette affrontare un'altra delusione: quando analizzò i risultati non trovò traccia degli elusivi messaggeri del Sole. Poco tempo dopo alcuni sviluppi teorici chiarirono che questo era dovuto al fatto che i processi che portavano alla produzione dei neutrini del Be7 erano in realtà meno probabili di quanto stimato originariamente. Come Fred Reines riassunse bene nel 1960: "La possibilità che tutto si riduca ad un insuccesso, anche con serbatoi di migliaia o addirittura centinaia di migliaia di litri di tetracloruro, tende a dissuadere gli sperimentatori dal cimentarvisi". Agli occhi di molti fisici la situazione appariva senza speranza. Qualcuno meno ostinato si sarebbe fermato molto prima, e invece DAvis pensò di ingigantire il suo apparato di 10 volte - fece diventare il serbatoio grande quanto una piscina olimpionica- aumentandone quindi anche la sensibilità.

Nel frattempo Ray Davis viene in contatto con un altro giovane scienziato teorico Jhon Bahcall che affiancò Ray Davis aiutandolo a migliorare le previsioni teoriche sulla produzione di neutrini solari.

All'inizio del 1964 Bahcall a Davis descrissero la loro teoria e le loro idee sull'esperimento da realizzare in due articoli pubblicati in sequenza in cui dichiararono di voler costruire un serbatoio da 380.00 litri di detersivo per il lavaggio a secco per dare la caccia ai neutrini solari.

L'esperimento venne realizzato nella miniera d'oro della Homstake in South Dakota: le operazioni di scavo cominciarono nella primavera del 1965 e durarono circa due mesi. Quando il serbatoio fu pronto dieci vagoni ferroviari colmi di detersivo arrivarono alla miniera dal Kansas e nell'autunno del 1966 l'esperimento era pronto a partire. Secondo le stime l'interazione dei neutrini col Cloro avrebbe dovuto produrre qualche dozzina di atomi di Argon ogni due settimane.

Queste pagine del libro "Cacciatori di neutrini" di Ray Jayawardhana descrivono in modo molto coinvolgente sia come avvene l'incontro tra Davis e Bahcall che i preparativi per l'esperimento.

Nel video qui di seguito Day Davis racconta il suo esperimento

A questo link invece è possibile leggere un articolo originale di Bahcall del 1969 "Neutrinos from the sun".

Nel 1968, dopo due anni di raccolta dati alla Homestake, Davis annunciò i primi risultati del suo esperimento : dichiarò di aver osservato neutrini solari, ma con un flusso pari ad un terzo di quanto previsto da Bahcall.

Sebbene il semplice fattodi aver osservato dei neutrini solari e di aver sbirciato per la prima volta nel cuore di una stella era di per sè qualcosa di clamoroso la discrepanza tra teoria ed esperimento metteva in dubbio non solo il modello di Bahcall ma anche l'affidabilità degli esperimenti di Davis.

Nasce così "il problema dei neutrini solari" che non sarebbe stato risolto in tempi brevi .....