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 gallio60 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 metallicaPhys. Rev. Lett. 40(1978) 1351

I gruppi coinvolti• 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

La reazioneLa reazione

71Ga(e,e)71Ge (Ethr = 233 keV)EC = 16.5 d 71Ga

71Ga(e,e)71Ge (Ethr = 233 keV)EC = 16.5 d 71Ga

La composizione del segnale:(BP00 SSM)

La composizione del segnale:(BP00 SSM)

pp + pep 73 SNU (55 %)7Be 35 SNU (27 %)CNO 8 SNU ( 8 %)8B 13 SNU (10 %)Tot 129 SNU +9

–7 1

pp + pep 73 SNU (55 %)7Be 35 SNU (27 %)CNO 8 SNU ( 8 %)8B 13 SNU (10 %)Tot 129 SNU +9

–7 1

Il segnale aspettato (SSM)

Il segnale aspettato (SSM)

1.2 int. per day, but due to decay during exposure + ineff., 9 71Ge decay

detected per extraction

(28 days exposure)

1.2 int. per day, but due to decay during exposure + ineff., 9 71Ge decay

detected per extraction

(28 days exposure)

Lo schema logico dell’esperimentoLo schema logico dell’esperimento

GeCl4 volatile in soluzione acida da 100 t of Ga3Cl in sol. Flusso di azotoN= N0 exp(-f Vgas/Vsol)

GeCl4 volatile in soluzione acida da 100 t of Ga3Cl in sol. Flusso di azotoN= N0 exp(-f Vgas/Vsol)

See f.i. PL B490(2000)16PL B314(1993)445

See f.i. PL B490(2000)16PL B314(1993)445

Apparato ed operazioniin

Apparato ed operazioniin

t0

In synthesis labAdd 1 mg of carrier

ExtractGeCl4

12 h

Wait 21-28 d for SR 1 d for blanks

GeCl4

GeH4 + Xein counter V =1cc

10 h

In tank

Counter in shielding 6 months

Stop countingRemove counter

EstrazioneEstrazione

La fase di montaggio

• 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

1986 - 1990

May 1991 – May 1992

Construction of the detector

GALLEX I data taking15 Solar runs, 5 Blanks

PL B285 (1992) 376PL B285 (1992) 390

Jun 1994 – Oct 1994 1st 51Cr source experiment PL B342 (1995) 440

Oct 1995 – Feb 1996 2nd source 51Cr experiment PL B420 (1998) 114

Feb 1997 – Apr 1997 Test of the detector with 71AsExtraction efficiency 100%

PL B436 (1998) 158

83.4 ± 19 SNU

GALLEX Final Result 1594 days – 65 runs: 77.5 ± 7.7 SNU

GALLEXGALLEX

Feb. 1997 End of Solar Data Taking PL B447 (1999) 127

51Cr Source51Cr Source

1/ 2-

5/2-

3/2-500 keV

175 keV

g.s. 71Ge

Strength 63.4 PBq 69.1 PBq

R (meas/expt) 1.01

±11.5%

0.84

±11.5%

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%

GaCl3

Hot chemistry

Test con ArsenicoTest con Arsenico

Alta temperatura

(per breve tempo)

GeCl4

71As (+ or EC) 71Ge 71Ga (QEC 4 MeV)

Efficienza di estrazione: 100%

(con alta accuratezza)

?

GNOGNO

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 + GNOGALLEX + 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 - GNODavis plot

GALLEX65 solar runs

GNO58 solar runs

Enrico Bellotti - Universita' Milano Bicocca & INFN Milano

Venice 3-5 December

GALLEX – GNO

A statistically weak evidence for a decrease of RFurther checks planned

GNO – Energy distributionGNO – Energy distribution

Time distributionTime distribution

fit = 16.6 ± 2.1 days

Ge = 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.)