El problema de los neutrinos solares en 1968 y la verificación experimental de la oscilación de neutrinos en 2001. ¿Por qué tanto retraso?

Lo único de SNO era que era simultáneamente sensible a las interacciones de corriente cargada y corriente neutra, porque usaban agua deuterada.

Las tres interacciones principales son

• Captura de neutrinos en deuterio,$\nu + n \to e + p$, que genera un electrón rápido y un protón lento. El leptón y el barión intercambian$W$bosón (la "corriente débil cargada"). Solo los neutrinos de tipo electrónico pueden participar en esta interacción;$\nu_\mu$y$\nu_\tau$tendría que generar leptones más pesados, pero los neutrinos solares no transportan suficiente energía para hacer esas partículas más masivas.

• Disociación de deuterio debido a la dispersión de neutrinos,$\nu + (np) \to \nu + n + p$. El neutrón libre deambulará por un tiempo antes de ser capturado en otro deuterón y emitir un rayo gamma. Debido a que la carga del neutrino no cambia, esta reacción está mediada por la "corriente neutra" (el$Z$bosón) y todos los neutrinos contribuyen por igual.

• Dispersión elástica de electrones,$\nu + e \to \nu + e$. Esta interacción tiene contribuciones de corriente tanto cargada como neutra, por lo que los neutrinos de todos los sabores pueden contribuir, pero los neutrinos electrónicos contribuyen más que los otros sabores.

Estos diferentes canales de interacción dieron mediciones independientes del flujo total de neutrinos y del flujo de neutrinos electrónicos.

Vale la pena señalar que la corriente neutra solo se había predicho en 1967 y no se descubrió hasta principios de la década de 1970.

En su mayor parte, la comunidad de neutrinos solares creía que había alguna propiedad mal entendida de la detección de neutrinos que hacía que todos midieran un tercio del flujo de neutrinos solares previsto. Pasaron muchos años antes de que la posibilidad de que el bit incomprendido fuera una propiedad del propio neutrino se tomara realmente en serio.

No lo sé con certeza, pero esperaría que las discusiones sobre el diseño de SNO comenzaran a principios de la década de 1990. Hay muchos desafíos técnicos asociados con el detector, entre ellos, que tienen muchas toneladas de agua pesada suspendidas en muchas toneladas de agua liviana en una membrana delgada y transparente. El agua pesada es un préstamo de la industria de energía nuclear canadiense; SNO tiene una fuerte póliza de seguro que pagar para reemplazarla si la membrana se rompe y el agua pesada se mezcla con el agua ligera y se arruina.

En mi opinión, hay varias razones:

• Cálculos del modelo solar: una posible explicación fue que hubo problemas con los modelos solares que probablemente subestiman algunos errores.

• Experimento complejo: este experimento empleó muchas técnicas químicas que suelen ser muy difíciles de controlar. Davis hizo un trabajo increíble, pero solo con experimentos más limpios basados ​​en la radiación de Cherenkov pudimos confirmar completamente los resultados de Homestake.

• Prejuicios teóricos: la mezcla de quarks se descubrió mucho antes de la mezcla de neutrinos y la matriz de mezcla en este caso (CKM) resulta ser casi diagonal. Por otro lado, para explicar el déficit de neutrinos solares, necesitamos ángulos de mezcla relativamente grandes. Hoy sabemos que la matriz PMNS está muy lejos de ser diagonal, pero en ese momento esto no era algo baladí.

Los neutrinos interactúan muy débilmente con otras partículas, por lo que para detectarlos tenemos que construir detectores enormes y muy sensibles , por ejemplo, Super Kamiokande . Estas tecnologías no estaban disponibles en la década de 1960.