GALLEX / GNO
Il gallio per i neutrini solari al Gran
Sasso
La preistoria
• Rivelazione dei neutrini con il Cloro ed altri
nuclei
in
Inverse  process
B.M. Pontecorvo - Chalk River Laboratories
(1946)
F. Reines ( 1958-64):
tre esperimenti pilota
4000 l scintillatore liquido scattering elastico
Litio in forma di sbarre sottili
2000 l di acqua pesante
R. Davis e J. Bahcall pubblicano (Phys. Rev. Lett. – 1964)
lo studio di fattibilità di un esperimento con il cloro.
BNL - Dipartimento di Chimica sostiene la proposta ;
l’esperimento viene finanziato
Il primo run solare è dal 22 giugno al 14 ottobre 1967
Tasso di interazione inferiore a 3 SNU
Nasce il problema dei neutrini solari
Possibili soluzioni
• Misurare il flusso dei neutrini p-p, che è
quasi indipendente dal modello ed è il più
intenso
Gallio( GALLEX e SAGE)
• Misurare flusso di e e di altri tipi di 
Deuterio ( SNO)
In Unione Sovietica Markov e Zatzepin ( e anche O. Ryashskaya)
avviano il programma dei neutrini solari:
Cloro ( ma non sanno dove installare l’esperimento)
V. Kuzmin (1965) propone il gallio
60 ton di gallio metallico verranno installate a Baksan
L’esperimento fornirà i primi dati nel 1990
Negli USA, Bahcall, Cleveland, Davis….
propongono 50 ton di gallio in soluzione o in forma metallica
Phys. Rev. Lett. 40(1978) 1351
I gruppi coinvolti
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Max Planck Institute – Heidelberg
LNGS
Milano /Milano Bicocca
ZFK – Karlsruhe
Nice
Roma Tor Vergata
TUM Monaco
Saclay
Weizmann Institute
Brookhaven
E poi Kurciatov e CEA – Grenoble per la sorgente
Lo schema logico dell’esperimento
La reazione
71Ga( ,e)71Ge
e
La composizione del
segnale:
(BP00 SSM)
EC
pp + pep
7Be
CNO
8B
Tot
Il segnale aspettato
(SSM)
(Ethr = 233 keV)
t = 16.5 d
71Ga
73 SNU
35 SNU
8 SNU
13 SNU
(55 %)
(27 %)
( 8 %)
(10 %)
129 SNU +9–7 1s
1.2  int. per day, but due to decay
during exposure + ineff., 9 71Ge decay
detected per extraction
(28 days exposure)
Estrazione
GeCl4 volatile in soluzione acida
da 100 t of Ga3Cl in sol. Flusso di azoto
N= N0 exp(-f Vgas/Vsol)
Apparato ed operazioni
in
Extract
GeCl4
12 h
Add 1 mg
of carrier
t0
In tank
Wait
21-28 d for SR
1 d for blanks
Counter in
shielding
6 months
See f.i. PL B490(2000)16
PL B314(1993)445
GeCl4 lab
In synthesis
10 h
GeH4 + Xe
in counter V =1cc
Stop counting
Remove counter
La fase di montaggio
•
•
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•
•
•
Gli scavi per la vasca di contenimento
Gli edifici
Le taniche contenenti il gallio
Il sistema di estrazione
L’alloggiamento dei contatori
L’elettronica
Alcuni costi
•
•
•
•
Gallio
Edifici
Tanks e chimica
Alloggiamento
contatori/elettronica
• Elettronica 2
• Sorgente
• Gestione
•
•
•
•
22M SF (7 M SF)
1 M Euro
1 M Euro
0.5 M Euro
• 0.4 M Euro
• 2.5 M Euro
• ~ O.15 M Euro/anno
L’inizio dell’esperimento
• Il trasporto del gallio dal TOF in galleria
• Le prime estrazioni di “pulizia”
• La soluzione rilascia germanio ad un tasso costante:
ca. 100 atomi/giorno
• 68Ge intrappolato nella soluzione?
• Decisione: si scalda la tank
• Violento rilascio di 68Ge
• Il fondo si abbassa ad un livello accettabile
• Parte la misura
Il primo risultato
• Tasso di interazione:
• 83.4 ± 19 SNU (SSM 130 SNU)
• Risultato ambiguo: tenuto conto degli
errori, marginalmente compatibile con una
soluzione standard del problema
La sequenza di misure
• Trasferimento dalla tank B alla tank A
(migliore sistema di flussaggio)
• Si osserva un deficit; quindi garantirsi sulla
efficienza complessiva
• La calibrazione con la sorgente di Cr
• Il test dell’Arsenico
• La ripresa della misura con GNO
GALLEX
Construction of the detector
1986 - 1990
May 1991 – May 1992
GALLEX I data taking
15 Solar runs, 5 Blanks
PL B285 (1992) 376
PL B285 (1992) 390
83.4 ± 19 SNU
Jun 1994 – Oct 1994
1st
source experiment
PL B342 (1995) 440
Oct 1995 – Feb 1996
2nd source 51Cr experiment
PL B420 (1998) 114
Feb. 1997
51Cr
End of Solar Data Taking
PL B447 (1999) 127
GALLEX Final Result
1594 days – 65 runs: 77.5 ± 7.7 SNU
Feb 1997 – Apr 1997
Test of the detector with 71As
Extraction efficiency 100%
PL B436 (1998) 158
51Cr
500 keV
Strength
63.4 PBq
69.1 PBq
R (meas/expt)
1.01
±11.5%
0.84
±11.5%
3/2-
175 keV
g.s.
Source
5/21/ 2-
71Ge
0.93 ± 0.08 [0.91 ± 0.08]
Energy (keV)
51Cr
7Be
862
-
90%
751
80.6%
-
746
9.5%
-
431
8.8%
-
426
1.1%
-
384
-
10%
Test con Arsenico
Hot chemistry
GaCl3
?
GeCl4
Alta temperatura
(per breve tempo)
71As
 (+ or EC)  71Ge  71Ga (QEC  4 MeV)
Efficienza di estrazione: 100%
(con alta accuratezza)
GNO
Ripresa dei run solari 20 maggio 98
Raggruppati in tre fasi di circa uguale durata
In totale 1687 giorni
Rate 62.9 ± 6 SNU
GALLEX + GNO
Circa 12 anni di presa dati
123 run solari = 3281 giorni – 9 anni
Rate 69.3 ± 4.1 (stat.) ± 3.6 (syst.) SNU
GALLEX - GNO
Davis plot
GALLEX
65 solar runs
GNO
58 solar runs
Venice 3-5 December
GALLEX – GNO
A statistically weak evidence for a decrease of R
Further checks planned
Enrico Bellotti - Universita' Milano Bicocca & INFN Milano
GNO – Energy distribution
Time distribution
tfit = 16.6 ± 2.1 days
tGe = 16.5 days
Obbiettivi raggiunti
• Energia solare è di origine termonucleare
• Il ciclo dominante è quello dell’idrogeno
• Il ciclo del CNO è valutato correttamente dal
modello
• Oscillazioni per neutrini di bassa energia (l’effetto
della materia è piccolo)
• Il Berillio è valutato correttamente dal modello
• Non vi sono evidenti effetti temporali
• (un ringraziamento, un rammarico, una piccola proposta.)