Il gallio per i neutrini solari al Gran Sasso 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

Nasce il problema dei neutrini solari 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 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 composizione del segnale: Lo schema logico dell’esperimento 71Ga(ne,e)71Ge (Ethr = 233 keV) EC t = 16.5 d 71Ga La reazione pp + pep 73 SNU (55 %) 7Be 35 SNU (27 %) CNO 8 SNU ( 8 %) 8B 13 SNU (10 %) Tot 129 SNU +9–7 1s La composizione del segnale: (BP00 SSM) 1.2 n int. per day, but due to decay during exposure + ineff., 9 71Ge decay detected per extraction (28 days exposure) Il segnale aspettato (SSM)

Apparato ed operazioni GeCl4 volatile in soluzione acida da 100 t of Ga3Cl in sol. Flusso di azoto N= N0 exp(-f Vgas/Vsol) Estrazione See f.i. PL B490(2000)16 PL B314(1993)445 Apparato ed operazioni in Add 1 mg of carrier Extract GeCl4 12 h Wait 21-28 d for SR 1 d for blanks GeH4 + Xe in counter V =1cc 10 h In tank Counter in shielding 6 months Stop counting Remove counter In synthesis lab t0

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 22M SF (7 M SF) Gallio 1 M Euro Edifici Tanks e chimica ~ O.15 M Euro/anno Gallio Edifici Tanks e chimica Alloggiamento contatori/elettronica Elettronica 2 Sorgente Gestione

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 GALLEX Final Result 1594 days – 65 runs: 77.5 ± 7.7 SNU 1986 - 1990 Construction of the detector GALLEX I data taking 15 Solar runs, 5 Blanks May 1991 – May 1992 PL B285 (1992) 376 PL B285 (1992) 390 83.4 ± 19 SNU 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 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 Source 0.93 ± 0.08 [0.91 ± 0.08] 500 keV 3/2- 175 keV 5/2- 1/ 2- Strength 63.4 PBq 69.1 PBq R (meas/expt) 1.01 ±11.5% 0.84 500 keV 3/2- 175 keV 5/2- 1/ 2- 0.93 ± 0.08 [0.91 ± 0.08] g.s. 71Ge 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  (b+ or EC)  71Ge  71Ga (QEC  4 MeV) Efficienza di estrazione: 100% (con alta accuratezza)

Rate 62.9 ± 6 SNU 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

Rate 69.3 ± 4.1 (stat.) ± 3.6 (syst.) 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 GNO 58 solar runs GALLEX 65 solar runs

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.)