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.)
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