ΕΛΕΓΧΟΝΤΑΣ ΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΟΥ ΉΛΙΟΥ:Η ΠΑΡΑΞΕΝΗ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΧΑΜΕΝΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΝΕΤΡΙΝΟΥ

ΕΛΕΓΧΟΝΤΑΣ ΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΤΟΥ ΉΛΙΟΥ:Η ΠΑΡΑΞΕΝΗ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΧΑΜΕΝΟΥ
ΗΛΙΑΚΟΥ ΝΕΤΡΙΝΟΥ

[Κεφάλαιο 7]

H. Collins & T. Pinch

Τα αστέρια που βλέπουμε να λάμπουν το βράδυ στον ουρανό έχουν ένα κοινό στοιχείο. Να μετατρέπουν την μάζα σε ενέργεια μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως πυρηνική σύντηξη και είναι η ίδια διαδικασία που συμβαίνει στις βόμβες υδρογόνου.Επειδή τα αστέρια ΄΄τρώνε΄΄συνεχώς τη μάζα υδρογόνου τους αλλάζουν σταδιακά. Αυτή η διαδικασία της αλλαγής είναι συνήθως βαθμιαία αλλά μπορεί να έχει δραματικές εξελίξεις όπως την κατακλυσμική έκρηξη του αστέρα (φαινόμενο των υπερκαινοφανών αστέρων: supernova). Η διαδικασία αλλαγής των αστέρων, συμπεριλαμβανομένου και του ήλιου περιγράφεται από την θεωρία της αστρικής εξέλιξης: μια από τις πιο θεμελιώδεις θεωρίες στην μοντέρνα αστροφυσική. Η θεωρία αυτή εξηγεί επιτυχώς τις διαφορετικές καταστάσεις που υφίστανται τα περισσότερα αστέρια από την στιγμή της δημιουργίας τους μέχρι και το θάνατο τους. Για τους περισσότερους αστρονόμους και αστροφυσικούς η θεωρία της αστρικής εξέλιξης θεωρείται δεδομένη τόσο όσο και η θεωρία εξέλιξης του Δαρβίνου για τους βιολόγους.

Ωστόσο, παρά τις αναμφίβολες επιτυχίες της θεωρίας - είναι κοινή διαπίστωση πλέον ότι η πηγή ενέργειας ενός αστεριού είναι η πυρηνική σύντηξη - μόλις πρόσφατα αποδείχθηκε.

Το 1967 ο Ray Davis που εργαζόταν στο Brookhaven National Laboratory προσπάθησε να ανιχνεύσει τα ηλιακά νέτρινα: σωματίδια που παράγονται από την πυρηνική σύντηξη στον ήλιο. Αυτή ήταν η πρώτη άμεσα πειραματική απόδειξη της θεωρίας της αστρικής εξέλιξης. Άλλα είδη ηλιακής ακτινοβολίας είναι αποτέλεσμα διαδικασιών που συνέβησαν εκατομμύρια χρόνια νωρίτερα . Για παράδειγμα οι ακτίνες φωτός θέλουν εκατομμύρια χρόνια για την διαφυγή τους από το κέντρο του πυρήνα προς την επιφάνεια του ήλιου. Τα νέτρινα, επειδή η αλληλοεπίδραση τους με την ύλη είναι πολύ μικρή, διαφεύγουν εύκολα από τον ήλιο. Η ανιχνευσή τους στην ατμόσφαιρα θα μας έδινε πληροφορίες για ότι συνέβαινε στο κέντρο του ήλιου μόλις 8 λεπτά νωρίτερα ( ο χρόνος που χρειάζεται το νέτρινο για να ταξιδέψει από το κέντρο του ήλιου στην ατμόσφαιρα). Τα ηλιακά νέτρινα μας δίνουν την δυνατότητα να εξετάσουμε άμεσα αν το κοντινότερο αστέρι στη γη, δηλαδή ο ήλιος, έχει ως πηγή ενέργειας την πυρηνική σύντηξη.

Ακριβώς επειδή τα νέτρινα αλληλεπιδρούν πολύ λίγο με την ύλη είναι πάρα πολύ δύσκολο να ανιχνευθούν. Κατά μέσο όρο ένα νετρίνο μπορεί να ταξιδεύει για εκατομμύρια μίλια προτού σταματήσει. Η ανίχνευση των νετρίνων αποτελούσε πάντα ένα δύσκολο εγχείρημα. Το πείραμα του Davis είναι μάλλον ασυνήθιστο. Χρησιμοποίησε μια τεράστια δεξαμενή, γεμάτη με καθαριστικό υγρό πλούσιο σε χλώριο, στις διαστάσεις μιας πισίνας ολυμπιακών διαστάσεων την οποία έθαψε βαθιά σε ένα αχρηστευμένο πηγάδι ορυχείου. Κάθε μήνα ο Davis καθάριζε τον βυθό της δεξαμενής αναζητώντας κάποιο ραδιενεργό τύπο αργού, το οποίο παράγεται από την αντίδραση των εξερχόμενων νετρίνων με το χλώριο. Δυστυχώς σωματίδια από τον έξω χώρο, γνωστά ως κοσμικές ακτίνες , επιδρούσαν στην αντίδραση και για το λόγο αυτό το πείραμα έπρεπε να γίνει σε μεγάλο βάθος υπό την επιφάνεια της γης έτσι ώστε να αποσβεστούν οι ανεπιθύμητες ακτίνες για την προστασια του πειράματος. Το ραδιενεργό αργό από την στιγμή που εξάγεται από την δεξαμενή τοποθετείται σε ένα πολύ ευαίσθητο ανιχνευτή ραδιενέργειας (ένα τύπο μετρητή ) όπου μπορεί να μετρηθεί η ακριβής ποσότητα του αργού.

Στο πείραμα αυτό, το οποίο πρέπει να είναι από τα πιο παράξενα στη σύγχρονη επιστήμη, το αποτέλεσμα είναι παραπλανητικό. Η προβλεπόμενη ροή νετρίνων δεν υπήρχε καν. Το πείραμα αυτό, που αναμενόταν να είναι το κορυφαίο της θεωρίας της αστρικής εξέλιξης , είχε προκαλέσει κατάπληξη. Είναι αδιανόητο ότι τα άστρα δεν έχουν ως πηγή ενέργειας την πυρηνική σύντηξη, οπότε τι μπορεί να πήγε στραβά? Το πείραμα ελέγχθηκε πολλές φορές, σχετικά μοντέλα και θεωρίες ξαναελέγχθηκαν για τυχόν λάθη, αλλά κανείς δεν είναι σίγουρος για το τι πήγε λάθος. Ακόμα και σήμερα, έπειτα από πειράματα δυο γενιών που έγιναν γνωστά (και τα οποία συνέβησαν υπογείως εφόσον τέτοιου είδους πειράματα απαιτούν προστασία από τις κοσμικές ακτίνες) είναι αναμφίβολο το αποτέλεσμα.

Αυτό είναι μια κλασσική περίπτωση αντιπαράθεσης μεταξύ θεωρίας και πειραμάτων. Παρόλ’αυτά ο διαχωρισμός αυτών και η ύπαρξη του ενός ξεχωριστά από το άλλο δεν είναι τόσο εύκολη υπόθεση. Στην περίπτωση του ηλιακού νετρίνου οι πειραματιστές και οι θεωρητικοί συνεργάζονταν για πολλά χρόνια ώστε να φθάσουν σε ένα αποτέλεσμα.

Στο πρώτο μέρος της ιστορίας θα εξετάσουμε τη συνεργασία των επιστημόνων από την οποία γεννήθηκε το πείραμα. Η υποδοχή των αποτελεσμάτων του πειράματος του Davis, με το οποίο θα ασχοληθούμε στο δεύτερο μέρος, μπορεί να γίνει κατανοητή υπό αυτό το πρίσμα.

Παρόλο που τα θεωρητικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της ροής των ηλιακών νετρίνων είναι περίπλοκα (και για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται μεγάλοι υπολογιστές ) και παρόλο που αποτελεί ένα δύσκολο έργο η ανίχνευση των ατόμων αργού ανάμεσα σε δισεκατομμύρια άλλα άτομα που βρίσκονται στην δεξαμενή, στην αρχή οι διαδικασίες για την εφαρμογή του πειράματος θεωρήθηκαν ΄΄ρουτίνα΄΄. Ο Ray Davis, ο οποίος είναι χημικός, περιγράφει το πειραμά του ως ΄΄εύκολο μάθημα΄΄. Πράγματι στα τέλη της δεκαετίας του 60, τόσο σίγουρη ήταν η κοινότητα των φυσικών ότι ο Davis θα αποδείκνυε την θεωρία της αστρικής εξέλιξης ώστε προγραμμάτιζαν υπόγεια τηλεσκόπια για την ανίχνευση νετρίνων από μια σειρά διαφορετικών κοσμικών πηγών. Παρόμοια σχέδια όμως έμειναν στο ΄΄ντουλάπι΄΄ ύστερα από τα πρώτα αποτελέσματα του Davis. Ότι παλιότερα ήταν κατανοητό τώρα ΄΄περιοχές΄΄ της επιστήμης έγιναν αμφισβητήσημες και προβληματικές. Το πολύπλοκο σύστημα δεσμών μεταξύ θεωρίας και πειραμάτων απειλόταν με ρήξη. Είναι παράξενο που η δομή της θεωρίας της αστρικής εξέλιξης παραμένει ως έχει μέχρι τώρα .

ΜΕΡΟΣ 1: ΦΤΙΑΧΝΟΝΤΑΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΕΣ

Τα πειράματα, όπως κάθε αποτέλεσμα της ανθρώπινης δραστηριότητας, δεν συμβαίνουν εξ’απροόπτου (de novo). Όταν ο Ray Davis, το καλοκαίρι του 1967, έθεσε σε λειτουργία τη συσκευή του για την ανίχνευση της αναμενόμενης ροής νετρίνων τα προηγούμενα 20 χρόνια σκληρής δουλειάς από τον ίδιο και τους συναδέλφους του ήταν απαραιτητα. Ιδιαίτερης σημασίας ήταν η μοναδική συνεργασία μεταξύ του Davis και μιας ομάδας πυρήνικων αστροφυσικών ( η πυρηνική αστροφυσική είναι η επιστήμη της πυρηνικής φυσικής εφαρμοσμένη όμως στην αστρονομία ) που έλαβε μέρος στο Kellogg Radiation Laboratory του California Institute of Technology, υπό την επίβλεψη του William Fowler.

Η ανίχνευση του νετρίνου αποτελούσε πάντα μια πρόκληση για τους πειραματιστές διότι είναι από τα πιο απατηλά μόρια. Ο Wolfang Pauli πρώτος ανακάλυψε το νέτρινο το 1930 και το καθιέρωσε ως μια καθαρά θεωρητική οντότητα με αμελητέα μάζα και χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, το οποίο χρησιμοποίησε για την ανάπτυξη θεωριών πάνω στην ραδιενεργή διάσπαση του πυρήνα. Ένας τρόπος ανίχνευσης του σωματιδίου αυτού είναι ένα είδος αντίστροφης ραδιενεργούς αντίδρασης. Σε τέτοιου είδους αντιδράσεις το σωματίδιο νέτρινο αντιδρά με τον πυρήνα ενός ατόμου και δημιουργείται ένα νέο ασταθές σωματίδιο του οποίου ο πυρήνας διασπάται αυτόματα. Η διαδικασία επιλογής των λίγων ατόμων του καινούργιου σχηματισμένου στοιχείου ανάμεσα σε δισεκατομμύρια άλλα άτομα, τεχνικά, αποτελεί ένα μάλλον δύσκολο έργο. Ο Davis, ο οποίος από καιρό ενδιαφερόταν για την ανίχνευση του σωματιδίου νέτρινο, ανέλαβε την εκτέλεση αυτού του έργου.

Η τεχνική που χρησιμοποιεί ο Davis στα πειραματά του προέρχεται από το ετερογενές πεδίο της επιστήμης της ραδιενέργειας και της χημείας, δηλαδή της ραδιοχημείας. Ο Davis χρησιμοποιώντας την χημεία θα διαχώριζε το καινούργιο σχηματισμένο στοιχείο (αργό) από την σημαδεμένη ύλη και το κατάφερε αυτό έχοντας τα στοχευμένα άτομα σε υγρή μορφή ενώ τα ΄΄καθάριζε΄΄ με ήλιο σε αέρια μορφή έτσι ώστε να απομακρυνθούν τα συσσωρευμένα άτομα αργού. Ετσι η ακριβής ποσότητα του αργού μπορούσε να υπολογισθεί από την μέτρηση των χαρακτηριστικών διάσπασης του πυρήνα.Ο Davis έκρυψε τον μετρητή σε μια κάνη όπλου, του 1ου Παγκοσμίου πολέμου, χαμηλής ραδιενέργειας, έτσι ώστε να αποφευχθεί η επίδραση άλλων ραδιενεργών στοιχείων στην διάσπαση του πυρήνα του αργού.

Οι φυσικοί Bruno Pontecorvo και Louis Alvarez πρότειναν την αντίδραση μεταξύ χλωρίου και αργού για την ανίχνευση του σωματιδίου νέτρινο. Ο L.Alvarez επινόησε μια μέθοδο για να εξακριβώσει αν οι Γερμανοί στον 1ο Παγκόσμιο πόλεμο κατασκεύαζαν ατομική βόμβα. Μέσω ενός κινητού ραδιοχημικού ανιχνευτή, ο οποίος μπορούσε να τοποθετηθεί σε ένα βομβαρδιστικό αεροπλάνο, «έψαχναν» για ραδιενεργές εκπομπές αερίων από τις καπνοδόχους, καθώς πέταγαν πάνω από την Γερμανία (τίποτα δεν βρέθηκε).

Ο Davis χρησημοποίησε την ιδέα του L.Alvarez και μέχρι το 1955 είχε κατασκευάσει έναν μικρό ανιχνευτή χρησιμοποιώντας 550 γαλόνια καθαριστικού υγρού. Φυσικά δεν μπορούσε να ανιχνευτεί τίποτα εκτός αν υπήρχε πηγή σωματιδίων νέτρινο.Από τις πιο κατάλληλες πηγές ήταν τα βιομηχανικά συγκροτήματα πυρηνικής ενέργειας και για αυτό ο Davis εγκατέστησε τον ανιχνευτή στον πυρηνικό αντιδραστήρα του Savannah River. Την ίδια χρονική στιγμή και στον ίδιο χώρο ο Frederic Reines και ο Clyde Cowan ετοίμαζαν τις δικές τους ιστορικές μετρήσεις μέσω των οποίων προετοίμαζαν την πρώτη ανίχνευση του ελεύθερου σωματιδίου νέτρινο. Δυστυχώς για τον Davis αποδείχθηκε ότι η συσκευή του δεν ήταν ευαίσθητη στους τύπους των νέτρινων που παράγονταν στους πυρηνικούς αντιδραστήρες. Ο Davis αντιμετώπιζε τώρα ένα πρόβλημα. Είχε αναπτύξει ένα σύστημα ανίχνευσης νετρίνων αλλά δεν είχε νέτρινα να ανιχνεύσει. Ο William Fowler ήταν αυτός που υπέδειξε τον τρόπο επίλυσης του προβλήματος.

Η συνεργασία με το Cal Tech.

Στο Cal Tech o William Fowler παρακολουθούσε την δουλειά του Davis από κοντά. Η πυρηνική αστροφυσική ως επιστημονικός κλάδος συστήθηκε τη δεκαετία του ’30 έπειτα από την πρωτοποριακή ανακάλυψη των Eddington και Jean ότι η πιο πιθανή πηγή ενέργειας του ήλιου είναι οι πυρηνικές αντιδράσεις. Στα τέλη της δεκαετίας του ΄50, μετά από πολλές εργαστηριακές μετρήσεις των πυρηνικών αντιδράσεων, είχε πλέον βρεθεί ο λεπτομερής κύκλος των πυρηνικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στον ήλιο. Το 1957 ο W.Fowler και οι συνεργάτες του στο Cal Tech ανέπτυξαν μια πιο περιεκτική θεωρία σχετικά με την διαδικασία σύνθεσης βαρέων στοιχείων από ελαφρύτερα (διαδικασία η οποία συμβαίνει στ’αστέρια). Η θεωρία αυτή εξηγούσε τον τρόπο σχηματισμού των γνώριμων υλικών από το υδρογόνο, το οποίο είναι το ελαφρύτερο στοιχείο που υπάρχει.

Το 1958 ξαναμετρήθηκε μια από τις τιμές της αντίδρασης, κρίσιμης στον κύκλο των πυρηνικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στον ήλιο, και βρέθηκε ότι είχε γίνει λάθος. Φαίνεται ότι ο ήλιος παρήγαγε αρκετά νέτρινα υψηλής ενέργειας, τα οποία ο Davis ήταν σε θέση να ανιχνεύσει. Ο Fowler τότε έθεσε σε επιφυλακή τον Davis και από τότε οι δυο τους συνεργάστηκαν προκειμένου να πραγματοποιήσουν το σχέδιο ανίχνευσης των νέτρινων. Εκείνη την περίοδο ο Fowler θεωρούσε την ανίχνευση των ηλιακών νετρίνων σαν το ΄΄κερασάκι στην τούρτα΄΄ της θεωρίας εξέλιξης των αστέρων.

Αντιδράσεις που συμβαίνουν στον πυρήνα
του ήλιου και από τις οποίες παράγονται τα
νέτρινα.Κυριότητα των Πυρηνικών Φυσικών.

Ο αριθμός των νετρίνων που παράγονται
εξαρτάται από την δομή και ανάπτυξη του ήλιου.
Κυριότητα της αστροφυσικής.

Σχήμα 7.1. Οι διαφορετικές κυριότητες της επιστήμης των ηλιακών νετρίνων

Η συνεργασία του Davis με τον Bahcall.

Το τέλος της συνεργασίας του Davis με το Cal Tech διαδέχτηκε ένας νέος φοιτητής του Fowler, o Bahcall. Η μετέπειτα καριέρα του Bahcall επικεντρώθηκε στα ηλιακά νέτρινα. Την περίοδο που ο Davis ετοιμαζόταν να κάνει μετρήσεις τόσο η καριέρα του Bahcall όσο και του Davis διακυβευόταν. Η ανάγκη των επιστημόνων να ασχοληθούν με ένα προσχεδιασμένο ζήτημα, κατά τη διάρκεια της καριέρας τους, καταδεικνύεται από την ανάμιξη του Bahcall στο συγκεκριμένο πείραμα.

Ο Bahcall ήταν θεωρητικός φυσικός, πραγματογνώμονας σε θεωρητικά θέματα και η δουλειά του ήταν να συνεχίσει επάξια το έργο του Cal Tech. Η πρόβλεψη του αριθμού των σωματιδίων νέτρινο που επιθυμούσε να μετρήσει ο Davis αποτελούσε ένα δύσκολο έργο το οποίο απαιτούσε διαφορετικών ειδών γνώσεις. Ο Bahcall όμως μη έχοντας τις απαιτούμενες γνώσεις επιστράτευσε άλλους (με την βοήθεια του Fowler) για να τον βοηθησουν.

Η ανίχνευση των νετρίνων αφορούσε κλάδους της επιστήμης όπως η πυρηνική φυσική, η αστροφυσική, η φυσική νετρίνων και η ραδιοχημεία. Στο σχ.7.1 ορίζεται η κυριότητα κάθε επιστήμης στο πρόβλημα ανίχνευσης του νετρίνου.

Οι πυρηνικοί φυσικοί έπρεπε να μετρήσουν τις τιμές της πυρηνικής αντίδρασης στον ήλιο και να υπολογίσουν την αλληλεπίδραση μεταξύ των νετρίνων και του χλωρίου στον ανιχνευτή. Οι τιμές παρόμοιων αντιδράσεων είχαν μετρηθεί στα εργαστήρια, σε πολύ ψηλότερες θερμοκρασίες όμως από αυτές που ισχύουν στον ήλιο, οπότε έπρεπε να ξαναγίνουν υπολογισμοί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Οι μετρήσεις αυτές και οι συμπερασματικές εκτιμήσεις είναι συχνά αβέβαιες και γ’αυτό κάθε φορά που γίνονται διαφορετικές μετρήσεις και υπολογισμοί οι τιμές της αντίδρασης στο πρόβλημα του ηλιακού νετρίνου αναθεωρούνται. Το εργαστήριο ραδιενέργειας του Kellogg πρόσλαβε διακεκριμένους πυρηνικούς φυσικούς, τη βοήθεια των οποίων ζήτησε ο Bahcall για την επανάληψη των μετρήσεων μερικών κρίσιμων πυρηνικών παραμέτρων.

Η επιστήμη της αστροφυσικής είναι ένας άλλος κλάδος χρήσιμος για τον υπολογισμό της ροής νετρίνων. Με τη βοήθεια της αστροφυσικής κατασκευάστηκε ένα λεπτομερές μοντέλο της δομής και ανάπτυξης του ήλιου, το οποίο επεξεργάστηκε μέσω υπολογιστή και ήταν ισοδύναμο των 4,5 δισεκατομμυρίων χρόνων ζωής του ήλιου. Πολλά δεδομένα όπως η σύνθεση των συστατικών στοιχείων του ήλιου δόθηκαν στον υπολογιστή ενώ αναθεωρούνταν συνέχεια. Το ηλιακό αυτό μοντέλο κατασκευάστηκε από ειδικούς του Cal Tech. Το μεγαλύτερο συστατικό της ροής των νετρίνων, το οποίο ο Davis ήθελε να ανιχνευσει, προερχόταν από ένα παρακλάδι της κύριας αλυσίδας των πυρηνικών αντιδράσεων που συμβαίνουν στον ήλιο, της σύντηξης υδρογόνου. Αυτά τα υψηλής ενέργειας νέτρινα αποδείχτηκε ότι είναι πολύ ευαίσθητα στη θερμοκρασία και ότι ανταποκρίνονται στο ηλιακό μοντέλο που είχε κατασκευαστεί. Επίσης ειδικοί στη φυσική νετρίνου απαιτούνταν για να προσδιορισθεί τι απέγιναν τα νέτρινα κατά τη διαδρομή τους από τον ήλιο στη γη.

Ο Bahcall, ενώ εργαζόταν για την ανίχνευση της ροής νετρίνων, βοηθούσε και τον Davis σε θεωρητικά προβλήματα που σχετίζονταν με τον σχεδιασμό του πειράματος όπως για παράδειγμα το είδος των κοσμικών ακτίνων που απαιτούσε ή όχι το πείραμα ή την χρονική στιγμή εξαγωγής του δείγματος από την δεξαμενή, κ.τ.λ. Τελικά ο Bahcall έγινε σύμβουλος στο εθνικό εργαστήριο του Brookhaven, στο οποίο εργαζόταν και ο Davis, επομένως πληρωνόταν για τις υπηρεσίες του από το ίδιο ΄΄σπίτι΄΄

Χρηματοδοτώντας το πείραμα

Ο Davis υπολόγισε ότι το κόστος του πειράματος θα έφτανε περίπου τα 600,000 δολ. Τη δεκαετία του ΄60 τα χρήματα αυτά ήταν δύσκολο να βρεθούν για την χρηματοδότηση ενός πειράματος στο οποίο χρησιμοποιούνταν διαφορετικοί επιταχυντές σωματιδίων για την εξαγωγή ενός είδους μέτρησης. Ο Fowler έπαιξε συμαντικό ρόλο στη διαδικασία χρηματοδότησης του πειράματος. Εκείνος συμβούλευε τον Bahcall και τον Davis, αποσπούσε την υοστήριξη των συναδέλφων του ενώ παράλληλα βολιδοσκοπούσε άλλες πηγές πιθανής υποστήριξης όπως: την Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών και την ΝΑΣΑ.

Είναι αφελές να νομίζουμε ότι οι επιστήμονες αποκτούν τις χρηματοδοτήσεις απλώς και μόνο με το να συντάσουν επιστολές αναζήτησης προσφορών. Για να αποκτήσουν χρηματοδοτήσεις πρέπει να δοκιμάσουν άλλους τρόπους πειθούς και ένας από αυτούς είναι να εμπλακούν στα πολιτικά παρασκήνια. Για την συγκέντρωση των χρημάτων για το πείραμα του Davis ήταν σημαντικό να γίνουν τα εξής: δημοσίευση των αποτελεσμάτων του πειράματος, από τον Bahcall και τον Davis, στο περιοδικό φυσικής: Physical Review Letters, την εκμετάλλευση της επιρροής του Kellogg Radiation Laboratory ‘Orange and Lemon Aid’ Preprint στην επιστημονική κοινότητα για την διάδοση πληροφοριών σχετικά με ότι συνέβαινε και τέλος την δημοσίευση άρθρων, στον επιστημονικό και λαικό τύπο, σχετικων με τα ηλιακά νέτρινα. Εξαιρετικής σημασίας αποτελούσε ένα γράμμα που έστειλε ο Fowler στην Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας, το οποίο έγραψε ύστερα από προτρόπη του προιστάμενου του Davis,του Dodson. Σε αυτό το γράμμα ο Fowler υποστηρίζει την χρηματοδότηση του πειράματος. Ο Fowler και ο Dodson ήταν παλιοί φίλοι και πρώην συνάδελφοι στο Cal Tech. Το ΄΄ωραίο γράμμα΄΄(λόγια του Dodson) του Fowler βοήθησαν στην εξασφάλιση της χρηματοδότησης.

Βέβαια όλες οι προσπάθειες για την συγκέντρωση χρημάτων επικεντρώθηκαν στην επιστημονική αξία του πειράματος το οποίο τιμολογήθηκε ως εξαιρετικά ΄΄κρίσιμο΄΄ για την απόδειξη της θεωρίας της αστρικής εξέλιξης. Δύο πράγματα σχετικά με την ρητορική που χρησιμοποιούσαν εκείνο τον καιρό χαίρουν προσοχής. Πρώτον, παρόλο που, αναμφιβόλως, περισσότερο έμεσος από άλλους τρόπους μέτρησης της ραδιενέργειας που προέρχεται από τον πυρήνα του ήλιου, τα νέτρινα που ο Davis επεδίωκε να ανιχνεύσει προέρχονταν από ένα υποπαρακλάδι των αλυσιδωτών αντιδράσεων του υδρογόνου. Ένα πιο άμεσο πείραμα θα ήταν η ίδια η θεμελιώδης αντίδραση της σύντηξης υδρογόνου. Τα πειράματα δεύτερης γενιάς που τώρα εξάγουν τα πρώτα αποτελέσματα είναι ευαίσθητα στα νέτρινα που παράγονται από αυτή την αντίδραση. Στην προσπάθεια εξασφάλισης της χρηματοδότησης τα νέα αυτά πειράματα τιμολογήθηκαν επίσης ως ΄΄κρίσιμα΄΄. Χωρίς αμφιβολία, η ενασχόληση των επιστημόνων με κάτι ΄΄κρίσιμο΄΄ (όπως για παράδειγμα ένα πείραμα) βοηθάει στην αναζήτηση χορηγών όταν πρόκειται για μεγάλα ποσά χρημάτων.

Το δεύτερο αξιοσημείωτο είναι ότι για την υποστήριξη του πειράματος ήταν αναγκαία η βοήθεια των πυρηνικών φυσικών καθώς και των ειδικών στα σωματίδια φυσικών, οι οποίοι όμως ήταν σκεπτικοί απέναντι στους αστροφυσικούς τους οποίους θεωρουσαν πολύ λιγότερο ακριβείς στις εργαστηριακές τους μετρήσεις. Πολλοί μάλιστα, όπως για παράδειγμα ο πυρηνικός φυσικος του Εθνικού Εργαστηρίου του Brookhaven, Maurice Goldhaber. Καθώς όμως η βοήθεια του Goldhaber ήταν σημαντική ο Bahcall επισκέφτηκε το Brookhaven με σκοπό να τον πείσει ότι το πείραμα ήταν εφικτό και οι προβλέψεις βάσιμες.

Για να πείσει τους επιστήμονες που ήταν επιφυλακτικοί σχετικά με το πείραμα, όπως ο Goldhaber, ο Bahcall έπρεπε να έχει μια σαφή ένδειξη ότι υπήρχε μεγάλη ροή νετρίνων τα οποία ο Davis ήταν σε θέση να ανιχνεύσει.Υπήρχαν μαρτυρίες, ότι έπρεπε επίσης να χρηματοδοτήθουν και οι διαφορετικες προβλεψεις, στην ροή των ηλιακών νετρίνων, που αφορούσαν τους φυσικούς. Στο σχήμα 7.2 φαίνεται η κατά περιόδους προβλεπόμενη ροή νετρίνων σε SNU (μονάδες ηλιακού νετρίνου). Παρατηρούμε ότι το 1964, τη χρονιά δηλαδή που χρηματοδοτήθηκε το πείραμα, η προβλεπόμενη ροή ήταν υψηλή (40 SNU) ένωαμέσως μετά άρχισε να πέφτει σε πολύ χαμηλότερα επίπεδα, όπως το 1967 που ο Davis πήρε τα πρώτα αποτελέσματα και η προβλεπόμενη ροή είχε φτάσει στα 19 SNU. Ο Davis βελτιώνοντας το σύστημα ανίχνευσης, κατάφερε να το κάνει πολύ πιο ευαίσθητο, ενώ πολύ ήταν οι επιστήμονες που υποστήριζαν ότι το πείραμα δεν θα είχε χρηματοδοτηθεί αν το 1964 η προβλεπόμενη ροή νετρίνων ήταν σε τόσο χαμηλά επίπεδα όσο το 1967.

Σχήμα 7.2. Ροή ηλιακών νετρίνων

Πολλές από τις αλλαγές στην προβλεπόμενη ροή προήλθαν από αλλαγές σε παραμέτρους, οι οποίες ήταν πέρα από τον άμεσο έλεγχο του Bahcall, όπως η επανάληψη των μετρήσεων των τιμών της πυρηνικής αντίδρασης. Παρόλ’αυτά, λόγω της αρκετά αισιόδοξης πρόβλεψης που έγινε το 1964, χρηματοδοτήθηκε το πείραμα και κατά συνέπεια προέκυψε το συμπέρασμα ότι μια από τις πιο συμαντικές τιμες της πυρηνικης αντίδρασης προέκυπτε από χαμηλές θερμοκρασίες.

Κατασκευάζοντας το πείραμα.

Αν ο Bahcall ήταν απασχολημένος με ασυνήθιστες δραστηριότητες για έναν θεωρητικό φυσικό τότε και ο Davis ερχόταν αντιμέτωπος με ένα μάλλον ασυνήθιστο έργο. Έχοντας αποκτήσει τη χρηματοδότηση του πειράματος έπρεπε τώρα να βρει ένα βαθύ πηγάδι ορυχείου στο οποίο να εφαρμόσει το πείραμα. Εκτός όμως από τις φυσικές δυσκολίες, όπως το βάθος και η σταθερότητα του βράχου, υπήρχαν προβλήματα και με τους ιδιοκτήτες των ορυχείων οι οποίοι έβλεπαν πολύ μικρό όφελος στο να εγκαταστήσουν στα ορυχεία τους ένα πιθανώς επικίνδυνο πείραμα. Έτσι ο Davis για ένα μεγάλο χρονικό διάστημα ,το 1964, προσπάθησε να διαπραγματευτεί με τους ιδιοκτήτες ορυχείων. Τελικά η εταιρεία ορυχείων Homestake συμφώνησε στην εφαρμογή του πειράματος μόλις έμαθε ότι το χρηματοδοτούσε η Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας, η οποία ήταν ΄΄πελάτης΄΄ ενός προιόντος της εταιρείας Homestake, του ουράνιου.

Ταυτόχρονα με την κατασκευή του πειράματος ο Davis απέκτησε σχέσεις με την εταιρεία ορυχείων και άλλες εμπορικές εταιρείες οι οποίες βοηθούσαν στην κατασκευή της δεξαμενής, στο συνδυασμό των εξαρτημάτων και τέλος στη μεταφορά του καθαριστικού υγρού στο ορυχείο ( το καθαριστικό υγρό το είχαν δανειστεί και κάποια στιγμή θα επιστρεφόταν για πιο συνηθισμένους σκοπούς! ). Τελικά οι τοπικοί ιδιοκτήτες ορυχείων ενθουσιάστηκαν με το πείραμα ώστε πολλά άρθρα στην εφημερίδα του Homestake ήταν αφιερωμένα σ’αυτό. Είναι πολύ απαισιόδοξη η άποψη, ότι οι θεωρητικοί επιστήμονες είναι εκείνοι που αναπτύσουν καινούργιες θεωρίες ενώ οι ερευνητές είναι εκείνοι που τις επαληθεύουν. Ενώ είναι πολύ πιο ενδιαφέρουσα η σύμπτηξη θεωρίας και πειραμάτων ως ενιαίες δραστηριότητες. Εάν δεν υπήρχε η συνεργασία των ερευνητών με τους θεωρητικούς και συγκεκριμένα η επιρροή των επιστημόνων του Cal Tech υπό την καθοδήγηση του William Fowler το πείραμα του ηλιακού νετρίνου δεν θα είχε πραγματοποιηθεί.

Ακατασκεύαστη επιστήμη

Ας εξετάσουμε τώρα τι συμβαίνει όταν, ενάντια σ’όλες τις προσδοκίες , ο Davis αναφέρεται στο δικό του αρνητικό αποτέλεσμα. Σε αντίθεση με τις άλλες υποθέσεις που συζητήθηκαν με τον ίδιο τόνο και οι οποίες συνεπάγονται μια αντίθεση ανάμεσα στην θεωρία και τα πειράματα, το πείραμα του Davis δεν στερήθηκε αξιοπιστίας. Για ορισμένο χρονικό διάστημα αυστηρές αμφιβολίες αναπτύχθηκαν σχετικά με την πειραματική του μέθοδο-ίσως κάπου στις απέραντες δεξαμενές καθαριστικού υγρού έχανε κάποια άτομα αργού. Ο Davis, παρόλ’αυτά, ήταν άξιος να επιζήσει τέτοιας κριτικής και πράγματι προβλήθηκε τελικά με εξαίρετη φήμη ως ένας επιτυχημένος ερευνητής. Οι θεωρητικοί, και ιδίως ο Bahcall, κατάφεραν επίσης να πορευτούν με το αποτέλεσμα αυτό, παρ’όλο που, όπως θα δούμε πιο κάτω, ο Bahcall ένιωσε προς στιγμήν πως οποιαδήποτε αντίφαση μεταξύ της θεωρίας και του πειράματος δεν ήταν υποχρεωτική.

Το κύριο χαρακτηριστικό της περιόδου, κάποτε ήταν αποδεκτό ότι το πρόβλημα του ηλιακού νετρίνου πράγματι υπήρχε, ήταν μια διαδικασία με ερωτηματολόγιο και έρευνα. Κάθε παραδοχή πάνω στην οποία στηρίχθηκαν οι επιστημονικές βάσεις του σχεδίου ήρθε κάτω από πρόκληση. Είναι τέτοιες οι προκλήσεις που μπορούμε να ΄΄πιάσουμε΄΄ με μια φευγαλέα ματιά την επιστήμη καθώς γίνεται ΄΄ακατασκεύαστη΄΄.

Τα πρώτα αποτελέσματα

Τα πρώτα αποτελέσματα του Davis επιτυγχάθηκαν τον αύγουστο του 1967. Υποδεικνυαν ένα μικρό σημάδι, το οποίο είναι μια μικρή ροή νετρίνων. Πράγματι το σημάδι αυτό ήταν τόσο μικρό που δεν μπορούσε να αναφερθεί ως νούμερο (προσδιορισμένο ως νετρίνων) με πιθανότητα λάθους, αλλά μόνο σαν ανώτερο όριο: 6 SNU. Με άλλα λόγια το σημάδι αυτό δεν ήταν μεγαλύτερο από 6 SNU και πιθανότατα να προέκυπτε μόνο του από ακτινοβολία. Βελτιώσεις στην τεχνική εξακρίβωσης είχαν σκοπό στις αρχές του 1968 ο Davis να μπορέσει να θέσει ένα ακόμα χαμηλότερο όριο της ροής των νετρίνων της τάξης των 3 SNU. O Davis, ο οποίος ασχολήθηκε στο μεγαλύτερο μέρος της καριέρας του με την τεχνική αυτής της εξακρίβωσης, δεν αμφέβαλε πως το αποτέλεσμα αυτό δεν ήταν σωστό. Ενίοτε, βλέποντας την σπουδαιότητα των πειραμάτων του, προσκαλούσε δύο συναδέλφους του χημικούς από το Brookhaven να ελέγχουν την εργασία του. Δεν μπορούσαν να βρούν τίποτα λάθος. Σαν επιπλέον προφύλαξη ο Davis ρύθμισε το πειραμά του φωτίζοντας τη δεξαμενή του με μια πηγή νετρίνων η οποία παρήγαγε τα ίδια ισότοπα αργού όπως είχε ανακαλύψει. Αργότερα διόρθωσε τον αναμενόμενο αριθμό των ατόμων αργού ο οποίος φάνηκε να υποδεικνύει ξανά πως όλα πήγαιναν καλά. Εν τούτοις, το τεστ αυτό δεν έγινε με σκοπό να γίνει αποδεκτό από όλους, όπως θα δούμε στη συνέχεια. Σ’αυτό το επίπεδο (Μαϊος 1968) ο Davis ένιωσε αρκετά ικανοποιημένος ώστε να εκδώσει το αποτέλεσμα. Στις προκαταρκτικές αναφορές των ερευνών του ο Davis ήταν τεταμένος που το αποτέλεσμα του ήταν πέντε φορές πιο κάτω από το προβλεφθές σημάδι των 19 SNU.

Η αντίδραση του Bachall

Η πεποίθηση του Davis ότι το αποτέλεσμα του ήταν θεωρητικά εκτός ορίου δεν συμμερίστηκε καθόλου από τον Bachall. Μόλις ο Bachall έμαθε για το χαμηλό αποτέλεσμα του Davis (ήταν φυσικά σε διαρκή επαφή) εργάσθηκε με πιο καλή ΄΄ρύθμιση΄΄ της θεωρητικής ΄΄πρόβλεψης΄΄. Νέες μετρήσεις πολύτιμων παραμέτρων συμπεριλήφθησαν οι οποίες μείωσαν την πρόβλεψη στα 7,5 SNU ( με ένα σφάλμα της τάξης των 3 SNU). Αυτό επέτρεψε στον Bachall να δηλώσει το Μαϊο του 1968 ότι ΄΄τα παρών αποτελέσματα του Davis ... δεν είναι σε φανερή σύγκρουση με τη θεωρία της αστρικής δομής΄΄.

Σ’αυτό το σημείο ο Βachall ήθελε πάρα πολύ να είναι το πείραμα του Davis σύμφωνο με την ΄΄προβλεψή΄΄ του. Με τον Davis να αναφέρει κάθε φορά όλο και χαμηλότερα αποτελέσματα, ο Bahcall γινόταν όλο και περισσότερο απελπισμένος. Oι περισσότεροι από τους άλλους θεωρητικούς συμμερίστηκαν το ενδιαφέρον του Bahcall και ήλπιζαν ότι αυτή η σύγκρουση θα εξαφανιζόταν. Είχαν άλλωστε επενδυθεί πάρα πολλά σ’αυτό το πείραμα. Είχε γίνει ακόμα λόγος για βραβείο Νόμπελ εάν το πείραμα του Davis ΄΄εκδιδόταν σωστά΄΄.

Η αντίδραση του Iben.

Η ύπαρξη αυτής της αντίφασης ανάμεσα στην θεωρία και το πείραμα ήταν αρχικά,τόσο έντονα, αναγνωρίσιμη όχι μόνο από τον Bahcall , αλλά και από ένα παλιό συναδελφό τους από τις ημέρες του Cal Tech, τον Icko Iben.Ο Iben ήταν ειδικός στο ηλιακό μοντέλο και είχε πάρει μέρος στην ομάδα Cal Tech η οποία είχε κάνει την πρόβλεψη το1964. Ο Iben τώρα πήρε μια μάλλον προκαταληπτική ματιά σε όσα έκανε ο Bahcall. Γ’αυτόν ο Bahcall ήταν ανειλικρινής, εγκαταλείποντας τις προγενέστερες τολμηρές προβλέψεις μιας μεγάλης ροής και χρησιμοποιώντας μάλλον αυθαίρετες αξίες για παραμέτρους με σκοπό να μειώσει την ροή. Στο μυαλό του Iben υπήρχε μια μικρή αμφιβολία ότι υπήρχε μια αντίφαση και χρησιμοποίησε τα δικά του ηλιακά μοντέλα ώστε ν’αποδείξει το βαθμό αυτής της αντίφασης. Μια ισχυρά πικρόχολη διένεξη ανάμεσα στους δυο θεωρητικούς αποφεύχθηκε όταν αργότερα (το 1969) ο Bahcall σε δηλωσή του ανέφερε επίσης ότι υπάρχει μια αντίφαση. Το πρόβλημα του ηλιακού νετρίνου είχε τώρα επίσημα γεννηθεί.

Η διαφωνία ανάμεσα στον Bahcall και τον Iben μας θυμίζει για μια ακόμα φορά πόσο εύκαμπτη μπορεί να είναι η ΄΄πρόβλεψη΄΄ και οι συνεισφορές της. Αυτό το επεισόδιο δείχνει επίσης πως η κριτική του αποτελέσματος ενός τεστ θεωρίας δεν είναι πάντα ειλικρινής. Δεν είναι απλά θέμα ελέγχου θεωρητικών προβλέψεων και πειραματικών αποτελεσμάτων όπως πιστεύουν κάποιοι φιλόσοφοι. Η ερμηνεία είναι συνεχώς μπερδεμένη. Ο Bahcall και ο Iben ήταν και οι δυο ισχυρά ανταγωνίσιμοι θεωριστές και γνώριζαν πολύ καλά οτιδήποτε είχε σχέση με επιστημονικά θέματα αν και το 1967 σκιαγράφησαν ο καθένας διαφορετικά αποτελέσματα.

Ο Bahcall έγινε τώρα ένας από τους ηγετικούς υποστηρικτές της άποψης ότι υπάρχει μια αντίφαση τόσο ώστε να έρχεται σε σύγκρουση με τους άλλους απιστήμονες οι οποίοι ήταν λιγότερο ενθουσιασμένοι με το αποτέλεσμα και τη σημασία του προβλήματος του ηλιακού νετρίνου. Παρόλο που είναι επικίνδυνος ο καταλογισμός στρατηγικής σε ατομικούς επιστήμονες, και πρέπει να γνωρίζουμε ότι οποιαδήποτε μοντέλα επιστημόνων ως λογικές αριθμομηχανές που προσπαθούν πάντα να προωθήσουν την καριέρα τους, μπορούμε ουχ ήτον να αναζητήσουμε τη λογική που πιθανότατα να ειχε ο Bahcall για την δραματική αλλαγή της θεσεώς του.

Η αρχική του αντίσταση στην ιδέα ότι υπήρχε μια σύγκρουση μπορεί να είναι κατανοητή ως αντίδραση στην πρόσφατη του ανάμειξη με το πείραμα. Το 1967 ο Bahcall πίστεψε σωστά ή λάθος πως επιπλέον πρόοδος στην καριέρα του εξαρτώνταν από το να δώσει ο Davis σωστή απάντηση. Όμως όσο υποστήριζε την ιδέα ότι δεν υπήρχε σύγκρουση, ενώ άλλοι θεωριστές όπως ο Bahcall που είχε ποντάρει λιγότερο στο σχέδιο σκιαγράφησαν αντίθετα συμπεράσματα, τόσο περισσότερο λεπτή γινόταν η θέση του. Μια ένδειξη του είδους της πίεσης που του ασκούνταν εκείνη την στιγμή ήρθε από μια συζήτηση την οποία ο Bahcall θυμήθηκε ότι είχε μ’ένα διάσημο φυσικομαθηματικό του Cal Tech, τον Richard Feynman. Ο Feynman συμβούλεψε προφανώς τον νεαρό Bahcall πως δεν είχε κάνει τίποτα λάθος και πως εάν υπήρχε μια αντίφαση αυτό θα έκανε το αποτέλεσμα περισσότερο παρά λιγότερο σημαντικό. Φάνηκε ότι ο Bahcall πήρε την συμβουλή του Feynman ΄΄από καρδιάς΄΄.Πολύ περισσότερο φάνηκε ότι ήταν μια καλή συμβουλή. Ο Bahcall είχε καταφέρει να συνεχίσει την καριέρα του εκτός των ηλιακών νετρίνων πιέζοντας την επιστημονική σημασία του προβλήματος. Εξάλλου ούτε η καριέρα του φάνηκε να υποφέρει ¨είχε κερδίσει βραβεία για την εργασία του στα ηλιακά νέτρινα και κράτησε την υψηλότερου κύρους θέση στο Princeton Institute for Advanced Study.

Ray Davis: ένας ιδεώδης πειραματιστής.

Με την σύγκρουση ανάμεσα στην θεωρία και το πείραμα, που είναι τώρα δημοσίως αναγνωρίσιμη από τους θεωρηστές, η ένταση γύρισε στον Davis για να σιγουρέψει πως το πρόβλημα δεν ήταν συννυφασμένο μ’αυτόν. Οι περισσότερες διαφωνίες αυτού του τύπου όπως έχουμε δει αλλού σ’αυτόν τον τόνο, άλλοι επιστήμονες ανακατεύτηκαν στις προσπάθειες να επαναλάβουν το αρχικό πείραμα. Σ’αυτήν την περίπτωση το πείραμα ήταν αμφίβολο και δαπανηρό. Αυτό επέφερε ένα σημαντικό βάρος στον Davis. Παρόλο που ένιωσε πως επιπλέον τεστ της διαδικασίας του ήταν περισσότερο χαμένος χρόνος στο να μάθει κάθε νέα επιστήμη, ένιωσε την ανάγκη να πείσει το πλήθος της σκεπτιστικής κοινωνίας των αστροφυσικών.

Αν και ο Davis έφερε εις πέρας τις προτάσεις τους, φάνηκαν ίσως ότι ήταν εκτός εδάφους.

Η στρατηγική φάνηκε να είχε επιτυχία γιατί μα την πάροδο του χρόνου ο Davis είχε αποκτήσει κάτι από τη φήμη του ιδεώδη πειραματιστή. Πράγματι σε μια συγκέντρωση το 1978 προαναγγέλθηκε ως ΄΄έπιστημονικός ήρωας΄΄ και θεωρήθηκε ένας από τους καλύτερους πειραματιστές στην μοντέρνα επιστήμη. Το προφίλ του ιδεώδους πειραματιστή το οποίο καλλιέργησε ο Davis είναι αυτό της ειλικρίνειας, της προσοχής και της μετριοφροσύνης. Μπορεί να υπάρχει μια μικρή αμφιβολία ότι η απόκτηση ενός τέτοιου προφίλ βοηθάει έναν πειραματιστή να παραμείνει αξιόπιστος. Το ότι ο Davis είχε ήδη κτίσει μια συνεργασία με τους θεωριστές μπορεί τώρα να εξηγήσει γιατί το αποτέλεσμα του πάρθηκε τόσο σοβαρά . Έχοντας επενδύσει τόσα σ’αυτόν και το πείραμα του και έχοντας δουλέψει μ’αυτόν αυτά τα χρόνια οι θεωριστές δεν μπορούσαν εύκολα να τον εγκαταλείψουν.

Ανάμεσα στα νέα τεστ που συμφώνησε να παρουσιάσει ο Davis ήταν η εισαγωγή 500 ατόμων αργού απευθείας μέσα στην δεξαμενή. Ο Davis κατάφερε να καλύψει εκ νέου το αργό με την αναμενόμενη ενέργεια.

Ενθάρρυνε ακόμα κάποιους νέους χημικούς του Brookhaven να ψάξουν για ένα ανώμαλο τύπο αργού ο οποίος θα μπορούσε να παραμείνει παγιδευμένος στη δεξαμενή. Δεν μπορούσαν να βρούν κανένα. Ωστόσο, για να επαναλάβουμε ένα γνωστό θέμα από άλλα μέρη αυτού του βιβλίου, κανένα πείραμα δεν είναι από μόνο του οριστικό και κάθε ψεγάδι του μπορεί πάντα να βρεθεί από έναν αποφασισμένο κριτικό. Το 1976 ένας τέτοιος κριτικός εμφανίστηκε με την μορφή ενός σκεπτικού αστροφυσικού, ο Kenneth Jacobs.

Η παγίδευση του αργού.

Ο Jacobs ανησύχησε ότι το πειραμά του Davis δεν είχε ποτέ επαναληφθεί και σχεδίασε αναλογίες με τα άλλα πειράματα, όπως τον ανιχνευτή κύματος βαρύτητας του Weber (που συζητήθηκε στο κεφάλαιο 5), όπου ένα σινιάλο κοντά στη φωνή χρησιμοποιήθηκε σαν μια βάση για να προκαλέσει βάσιμες θεωρίες και αργότερα το πείραμα έγινε αμφισβητήσιμο. Ο Jacobs διατήρησε την αποψή ότι το αργό δεν ήταν εφικτό να παγιδευτεί κάπου και εξηγουσε έτσι το χαμηλό αποτέλεσμα. Πρότεινε ένα πιθανό μηχανισμό για μια τέτοια παγίδευση στο τύπο του ΄΄πολυμερισμού΄΄ στο οποίο υγρό υδρο-άνθρακα παρόμοιο με το καθαριστικό υγρό του Davis είναι γνωστό ότι υπάρχει. Παρέμεινε χωρίς να έχει πεισθεί ότι όλα τα προγενέστερα τεστ δεν είχαν αυτή την πιθανότητα.

Οι αμφιβολίες του Jacobs μπορούσαν να αυξάνονται αφού ο Davis πιέστηκε να αναλάβει την ευθύνη των λογικών τύπων της ρύθμισης του πειράματος.

Τα τεστ της ρύθμισης από τη φύση τους συνεπάγονται κάποιες διαφορές όταν συγκρίνονται με ότι συμβαίνει σ’ένα πειραματικό γεγονός. Για παράδειγμα, η ρύθμιση που χρησιμοποίησε ο Davis εξαρτώταν από την δημιουργία ατόμων αργού παρά από άτομα σχηματισμένα από αλληλεπίδραση νετρίνων σωματιδίων.Ακόμα και αν άτομα αργού σχηματίστηκαν σκόπιμα από αστραπιαίο βομβαρδισμό νετρίνων σωματιδίων οι πιθανότητες αντίδρασης ήταν αρκετά διαφορετικές από αυτές που αφορούσαν την περίπτωση νετρίνων σωματιδίων από τον ήλιο. Διαφορές ανάμεσα στη ρύθμιση και το πείραμα πάντα υπάρχουν. Μια αναγκαστική ρύθμιση είναι αυτή όπου η σπουδαιότητα αυτών των διαφορών φαίνεται μικρή τόσο όσο η ρύθμιση προσεγγίζει το ΄΄πραγματικό΄΄ όσο είναι δυνατό, αλλά το να ΄΄φαίνεται μικρή΄΄ είναι ένα πολύτιμο φαινόμενο.

Διαφορές μεταξύ των πειραμάτων, όπως είδαμε σε άλλα κεφάλαια αυτού του βιβλίου, δίνουν πάντα έδαφος για αμφιβολίες. Είτε αυτές οι αμφιβολίες αυξάνονται είτε όχι εξαρτάται από το πόσο μακρυά είναι προετοιμασμένος ένας επιστήμονας να προκαλέσει τη συμβατική σοφία η οποία κρατά τέτοιες διαφορές ασήμαντες. Ο Jacobs, όπως είδαμε, ήταν έτοιμος να προκαλέσει αυτή τη σοφία και γ’αυτόν οι διαφορές θεωρήθηκαν μια ρωγμή μέσω της οποίας η παγίδα αργού θα μπορούσε να ξεγλιστρήσει θεωρητικά.

Υπήρχε ένα πολυσύνθετο τεστ το οποίο θεωρήθηκε βαθιά ότι καταλήγει σε παγίδευση. Ο Davis εκπλήρωσε τελικά αυτό το τεστ επιτυχώς. Δεν ξέρουμε εάν ο Jacobs αμφισβήτησε και αυτό επίσης, γιατί απέτυχε να έχει εντελώς την κατοχή του πανεπιστημίου του και μιας ελεύθερης επιστήμης. Παρόλο που το θέμα έμεινε εδώ, εάν κάποιος άλλος τόσο αποφασισμένος όσο ο Jacobs ήταν να εμφανιστεί στη σκηνή...

Λύσεις στο πρόβλημα.

Από την μεριά της ραδιοχημείας, η συντριπτική αντίδραση στα αποτελέσματα του Davis ήταν να ανακρίνουν μια ή περισσότερες σύνθετες προκλήσεις των παραδοχών της πυρηνικής, αστροφυσικής ή νέτρινο φυσικής που διαμόρφωσαν τις βάσεις για τις προβλεφθείς ροές των νετρίνων. Το 1978 πάνω από 400 χαρτιά εκδόθηκαν προτείνοντας λύσεις στο πρόβλημα του ηλιακού νετρίνου. Ίσως οι περισσότερες λύσεις ερευνήθηκαν απρόσμενα στην περιοχή της αστροφυσικής. Έχουμε ήδη επισημάνει την εκπλητική θερμική ευαισθησία των νετρίνων σύμφωνα με τον Davis και αρκετές λύσεις περιέχουν τροποποιήσεις στο ηλιακό μοντέλο το οποίο μειώνει την κεντρική ηλιακή θερμοκρασία. Για παράδειγμα, ανακατεύοντας τα πιο κρύα υλικά από την ακτινοβολία του ήλιου μέσα στο ζεστό πυρήνα (όπως ένα μαγικό καζάνι) θα μείωνε τις ροές του νετρίνου σώματος. Μια μείωση θα μπορούσε να επιτευχθεί εάν ο ήλιος μολυνόταν από βαριά στοιχεία στα πρώτα τους στάδια, ίσως σαν αποτέλεσμα της σύγκρουσης μ’ένα άλλο ουράνιο σώμα. Στον τομέα της πυρηνικής φυσικής είχε προταθεί ότι η προέκταση του ρυθμού της αντίδρασης με σκοπό την μείωση της ενέργειας δεν είχε απήχηση. Μια από τις δυνατότερες υποψήφιες λύσεις είναι αυτή της ΄΄ταλάντωσης των νετρίνων σωματιδίων΄΄. Με την πάροδο του χρόνου τα αποτελέσματα του Davis ήταν συνεπώς ένα τρίτο λιγότερο από την καλύτερη θεωρητική πρόβλεψη. Εφ’όσον υπάρχουν τρία είδη νετρίνων και το πείραμα του Davis είναι μόνο ευαίσθητο στο ένα είδος, η πρόταση ότι τα νέτρινα που παράγονται σ’ένα μόνο στάδιο στον ήλιο αλλά ταλαντώνονται μεταξύ των τριών σταδίων τους στο μακρύ ταξίδι για τη γη, οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο Davis μαζεύει μόνο το τρίτο από το αναμενόμενο σινιάλο.

Μερικές από τις προτεινόμενες λύσεις υπήρξαν σχεδόν περίεργες: ο ήλιος δεν καίει καθόλου υδρογόνο ή μια βασική θεωρία, όπως μιας αδύναμης αλληλεπίδρασης, σύμφωνα με την οποία η αλληλεπίδραση ανάμεσα στα νέτρινα και το χλώριο, είναι λαθος ; Πολλές λύσεις δεν έχουν αντικρουστεί και παραμένουν απαρατήρητες στην βιβλιογραφία. Σ’άλλες έχουν δοθεί προσεκτικές μελέτες και απορρίφθηκαν σε μια ποικιλία επιπέδων. Συχνά τέτοιες μελέτες παρουσίαζαν δυσκολία στο να έρθουν εις πέρας και οι επιστήμονες είχαν να χρησιμοποιήσουν ικανότητες τέτοιες όπως ότι είναι ad hoc, ή ΄΄αισθητικά απαρόκλητα΄΄ . Ακόμη καμία από τις λύσεις δεν έχει κερδίσει παγκόσμια επικύρωση. Από την άλλη η κυριότερη θεωρητική επανάσταση δεν έχει ακόμη ξεπερασθεί. Το ηλιακό νέτρινο σωματίδιο σαν αποτέλεσμα έρευνας έχει φερθεί σαν μια ανωμαλία, κάτι να υπάρχει στην άκρη για το παρόν.

Ένα πείραμα στη φύση της επιστήμης.

Αν και καμία πρόκληση δεν έχει ακόμα κερδίσει ομοφωνία σαν τη λύση στο πρόβλημα του ηλιακού νετρίνου, τέτοιες προκλήσεις είναι ενδιαφέρουσες γιατί ανακαλύπτουν ένα κόσμο γεμάτο αμφιβολίες και αβεβαιότητα που μένει πίσω ακόμη και στις πιο καλές περιοχές της γνώσης. Πριν το 1967 ανακαλύφθηκε το σχέδιο του ηλιακού νετρίνου το οποίο φαινόταν να σηρίζεται σε μια στερεά κατασκευή θεωρητικών και πειραματικών πιθανοτήτων - ήταν η όσο το δυνατό λιγότερα στερεή κατασκευή για ένα μεγάλο προϋπολογισμό έρευνας και επιστημονικού χρόνου στο οποίο μπορεί να αφιερωθεί. Χωρίς αμφιβολία όταν φτάσουν να πάρουν μια σύμφωνη λύση όλες οι συνηθισμένες αβεβαιότητες θα εξαφανιστούν και οι επιστήμονες θα έχουν ξανά την καλύτερη εμπιστοσύνη σ’αυτές τις περιοχές της επιστήμης. Το ότι τώρα έχει γίνει ΄΄ακατασκεύαστη΄΄ μπορεί να διορθωθεί. Μια σκέψη για το τι έχει γίνει είναι να αντιμετωπίσουμε το αποτέλεσμα του Ray Davis σαν ένα πείραμα στη φύση της επιστήμης. Είναι λες και το αποτέλεσμα του Davis κόβει σαν μαχαίρι αβεβαιότητας ιδέες και εξασκήσεις που θεωρούνται δεδομένες. Για μια στιγμή οι επιστήμονες μπορούσαν να σκεφτούν το αδιανόητο, να εξερευνήσουν το ανεξερεύνητο και να κόψουν τα δεσμά της τυποποιημένης επιστήμης και να δουν απλά ΄΄τι θα γινόταν εάν...΄΄. Αλλά εάν πάρουμε κάθε πρόταση σοβαρά τότε σχεδόν όλα όσα έχουμε σαν δεδομένα είναι πρόκληση. Στον κόσμο αυτό ο ήλιος δεν έχει πλέον την πυρηνική σύντηξη ως πηγή ενέργειας, τα νέτρινα σωματίδια ταλαντώνονται με σκοπό να εξαφανιστούν ή να μείνουν μέσα στον ήλιο. Οι πειραματικές περίοδοι της ανάμειξης του ήλιου αντιστοιχούν στις περιόδους του πάγου, το αργό είναι παγιδευμένο, μια αδύναμη αλληλεπίδραση θεωρίας δεν λειτουργεί, και ακόμη μπροστά.

Πρέπει να ευχαριστούμε τον Ray Davis που μας έδωσε αυτό το πείραμα της πλαστικοποίησης της επιστημονικής κουλτούρας. Βεβαίως, εάν η επιστήμη δεν είναι πειστική στην κανονική κλασσική επιστήμη ένα εκατομμύριο λουλούδια δεν αποφασίζουν να ανθίσουν. Το πάζλ του προβλήματος του ηλιακού νετρίνου μας αφήνει μ’αυτό που ακολουθεί: εάν οι επιστήμονες μπορούν να σκεφτούν το αδιανόητο τι τους εμποδίζει να το κάνουν τον περισσότερο καιρό; Εάν η απάντηση δεν στέκεται στη δύστροπη φύση και παρόλο που σ’αυτό το βιβλίο έχουμε προτείνει ότι η φύση προυποθέτει πολύ λιγότερους περιορισμούς απ’ότι φανταζόμαστε κανονικά, αυτό μας αφήνει επιστημονική κουλτούρα. Η επιστήμη δουλεύει με τον τρόπο που δουλεύει όχι εξαιτίας των απόλυτων περιορισμών από την φύση, αλλά επειδή οι ίδιοι φτιάχνουμε την δικιά μας επιστήμη με τον τρόπο μας.

Επίλογος 1992 .

Η επιστημονική επιτροπή της υπόθεσης του ηλιακού νετρινου είναι ακόμα εκτός. Δύο γενιές πειραμάτων έχουν αναφέρει αποτελέσματα. Το SAGE είναι το Αμερικανικό-Σοβιετικό Πείραμα Γάλλιου (ΣΑΓΠ) το οποίο χρησιμοποιεί έναν ανιχνευτή που περιέχει (30) τριάντα τόνους καθαρού γαλλίου τοποθετημένο κάτω από ένα βουνό στο βόρειο μέρος του Καύκασου. Η GALLEX είναι μια διεθνής συνεργασία η οποία χρησιμοποιεί μια τεράστια δεξαμενή από χλωριωμένο γάλλιο τοποθετημένο κάτω από τα Απέννινα Όρη στην Ιταλία. Και τα δύο πειράματα θα μπορούσαν να δούν ανάμεσα στα 124 και 132 SNU. To SAGE βρήκε μόνο 20SNU, η GALLEX βρήκε 83SNU.To αποτέλεσμα της GALLEX θα μπορούσε να συγχωνευτεί με στάνταρ ηλιακά μοντέλα με ΄΄αυστηρό άνοιγμα΄΄ αλλά το αποτέλεσμα του SAGE θα χρειαστεί μια περισσότερο ριζική εξήγηση όπως την ταλάντωση ενός νετρίνου σωματιδίου. Τα ασυμβίβαστα αποτελέσματα εξηγούνται από μερικούς επιστήμονες στην δυσκολία της λειτουργίας του ανιχνευτή καθαρού γαλλίου. Διαπραγματεύσεις βρίσκονται σε πρόοδο!