GALLEX

GALLEX — el experimento de galio — fue un detector radioquímico de neutrinos solares en el laboratorio subterráneo del Gran Sasso. Funcionó de 1991 a 1997 y se prosiguió después como GNO hasta 2003.

Su importancia reside en una cifra: 233 kiloelectronvoltios.

Por qué galio

El experimento Homestake trabajaba con cloro y por eso solo podía detectar neutrinos por encima de 814 keV. Con ello registraba únicamente los escasos neutrinos energéticos procedentes de la desintegración del boro-8 — menos de una centésima de milésima de todos los neutrinos solares.

La reacción principal del Sol, la cadena pp, proporciona neutrinos de a lo sumo 420 keV. Estos permanecían invisibles para el cloro.

El galio cambia eso. La transición del galio-71 al germanio-71 tiene un umbral de solo 233 keV. Con ello resultaba registrable por primera vez aquella fracción que procede de la reacción fundamental.

Y eso es más que una mejora técnica. La tasa de los neutrinos pp puede predecirse casi sin hipótesis de modelo: se sigue de forma inmediata de la luminosidad del Sol, pues cada unidad de energía producida va acompañada de un número determinado de neutrinos. Quien mide esa tasa no comprueba un modelo solar, sino un balance casi ineludible.

El montaje

GALLEX empleaba unas 30 toneladas de galio, disueltas como cloruro de galio en ácido clorhídrico — en total unas cien toneladas de disolución en un tanque bajo 1 400 metros de roca.

Cada tres o cuatro semanas se extraía por arrastre el germanio formado. Se trataba de unas pocas decenas de átomos en cien toneladas de disolución.

El procedimiento: una corriente de gas arrastra el tetracloruro de germanio volátil, este se concentra en varias etapas, se convierte en germano y se introduce en diminutos tubos contadores. Allí se desintegra a lo largo de meses, y cada desintegración se registra una a una.

El período de semidesintegración del germanio-71 es de 11,4 días — lo bastante corto para contar casi todo en pocos meses, lo bastante largo para sobrevivir a la extracción.

La calibración con un sol artificial

Una objeción era inmediata: ¿cómo se sabe que la química encuentra realmente cada átomo y que los tubos contadores funcionan correctamente?

GALLEX respondió a ello del modo más convincente posible. La colaboración hizo fabricar una fuente artificial de neutrinos de cromo-51 — cromo irradiado expresamente en un reactor, cuya actividad se conocía con exactitud. Esa fuente se descendió al interior del tanque, y se comprobó si la tasa medida correspondía a la intensidad conocida de la fuente.

Se llevaron a cabo dos calibraciones de ese tipo, en 1994 y 1995. El procedimiento funcionaba — un control positivo como raras veces es posible de forma tan directa en física.

El resultado

GALLEX encontró aproximadamente el 60 por ciento de la tasa esperada. El problema de los neutrinos solares subsistía, pues, también a energías bajas, pero de forma claramente más atenuada que en Homestake, donde solo llegaba un tercio.

Ese patrón fue el hallazgo propiamente dicho. Un error en el modelo solar difícilmente habría podido actuar de ese modo en función de la energía. Una transformación durante el trayecto, en cambio, sí — y precisamente tal como lo predice el efecto MSW.

Junto con SAGE, GALLEX aportó así un argumento sólido, años antes de que SNO zanjara la cuestión.

La anomalía

En las mediciones de calibración se puso de manifiesto algo inesperado: la tasa medida quedaba ligeramente por debajo de la calculada a partir de la intensidad de la fuente. SAGE encontró lo mismo.

Esta anomalía del galio no está aclarada hasta hoy. Se discute como posible indicio de neutrinos estériles — o como señal de que la transición nuclear subyacente se conoce peor de lo supuesto.

Términos relacionados

• SAGE — el experimento de galio paralelo
• Problema de los neutrinos solares
• Experimento Homestake — el precursor con cloro
• Efecto MSW — la explicación

Fuentes

• Colaboración GALLEX: Solar neutrinos observed by GALLEX at Gran Sasso, Physics Letters B 285, 376 (1992).
• Colaboración GALLEX: First results from the ⁵¹Cr neutrino source experiment with the GALLEX detector, Physics Letters B 342, 440 (1995).