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GALLEX / GNO

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

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Presentation Transcript

  1. GALLEX / GNO Il gallio per i neutrini solari al Gran Sasso

  2. La preistoria • Rivelazione dei neutrini con il Cloro ed altri nuclei in Inverse  process B.M. Pontecorvo - Chalk River Laboratories (1946)

  3. F. Reines ( 1958-64): tre esperimenti pilota 4000 l scintillatore liquido scattering elastico Litio in forma di sbarre sottili 2000 l di acqua pesante

  4. 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

  5. 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)

  6. 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

  7. 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

  8. 71Ga(ne,e)71Ge (Ethr = 233 keV) EC t = 16.5 d 71Ga Lo schema logico dell’esperimento La reazione pp + pep 73 SNU (55 %) 7Be 35 SNU (27 %) CNO 8 SNU ( 8 %) 8B 13 SNU (10 %) Tot 129 SNU+9–71s 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)

  9. Add 1 mg of carrier Extract GeCl4 12 h GeCl4 10 h In tank GeH4 + Xe in counter V =1cc Wait 21-28 d for SR 1 d for blanks Counter in shielding Stop counting Remove counter 6 months 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 In synthesis lab t0

  10. 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

  11. 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 Alcuni costi

  12. 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

  13. 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

  14. 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

  15. Jun 1994 – Oct 1994 1st51Cr source experiment PL B342 (1995) 440 PL B447 (1999) 127 Feb. 1997 End of Solar Data Taking Oct 1995 – Feb 1996 2nd source 51Cr experiment PL B420 (1998) 114 Feb 1997 – Apr 1997 Test of the detector with 71As Extraction efficiency 100% PL B436 (1998) 158 GALLEX Construction of the detector 1986 - 1990 GALLEX I data taking 15 Solar runs, 5 Blanks PL B285 (1992) 376 PL B285 (1992) 390 May 1991 – May 1992 83.4 ± 19 SNU GALLEX Final Result 1594 days – 65 runs: 77.5± 7.7 SNU

  16. 51Cr Source 500 keV 3/2- 175 keV 5/2- 1/ 2- 0.93 ± 0.08[0.91 ± 0.08] g.s. 71Ge

  17. ? Test con Arsenico GaCl3 Hot chemistry GeCl4 Alta temperatura (per breve tempo) 71As  (b+ or EC)  71Ge  71Ga (QEC  4 MeV) Efficienza di estrazione: 100% (con alta accuratezza)

  18. 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

  19. 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

  20. GALLEX - GNODavis plot GNO 58 solar runs GALLEX 65 solar runs

  21. GNO – Energy distribution

  22. Time distribution tfit = 16.6 ± 2.1 days tGe = 16.5 days

  23. 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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