SAGE
SAGE — el Soviet-American Gallium Experiment — es un detector de neutrinos solares en el Observatorio de Neutrinos de Baksan, en el Cáucaso ruso. Entró en funcionamiento en 1990 y es con ello uno de los experimentos más longevos de la física de neutrinos.
Un experimento de dos mundos
El nombre cuenta un fragmento de historia contemporánea. SAGE nació al final de la Guerra Fría como una colaboración de institutos soviéticos y estadounidenses — en una época en que tales proyectos distaban políticamente de ser evidentes.
La colaboración sobrevivió a la disolución de la Unión Soviética y sigue trabajando hasta hoy, ahora bajo el nombre de Russian-American Gallium Experiment.
El detector se encuentra en una galería bajo el monte Andyrchi, con unos 2 000 metros de roca por encima.
El montaje
SAGE utiliza, a diferencia de GALLEX, galio metálico — unas 50 toneladas, mantenidas a unos 30 grados Celsius. El galio funde a 29,8 grados y a la temperatura de servicio está por tanto líquido, pero no disuelto.
El proceso de detección es el mismo: un neutrino convierte un núcleo de galio-71 en germanio-71, con un umbral de 233 kiloelectronvoltios. Con ello, SAGE registra también los neutrinos de la cadena pp, es decir, de la reacción principal del Sol.
La extracción a partir de metal líquido es químicamente más exigente que a partir de una disolución de cloruro. Se añade una disolución acuosa, se remueve todo enérgicamente y se hace pasar el germanio a la fase acuosa. Como en GALLEX, se trata de algunas decenas de átomos por período de medición.
Por qué hacían falta dos experimentos
Que GALLEX y SAGE trabajaran simultáneamente y con un procedimiento químico distinto no fue casualidad, sino intención.
Ambos se basan en una cadena delicada: un neutrino genera un átomo, el átomo se extrae químicamente, su desintegración se cuenta. En cada punto podría perderse algo — y una pérdida tendría exactamente el mismo aspecto que unos neutrinos que faltan.
Cuando dos grupos con técnicas diferentes, en países diferentes, bajo montañas diferentes miden el mismo déficit, el resultado no es un error de laboratorio. Ambos encontraron en torno al 60 por ciento de la tasa esperada.
Doblemente calibrado
También SAGE se puso a prueba con fuentes artificiales — y ello con dos distintas.
En 1995 se empleó una fuente de cromo-51, como en GALLEX. En 2004 siguió una fuente de argón-37, que proporciona neutrinos de energía algo más alta. Con ello, el procedimiento quedó verificado en dos puntos independientes.
La anomalía del galio
En esas mediciones de calibración se puso de manifiesto algo inesperado. Tanto en SAGE como en GALLEX, la tasa medida quedaba por debajo de la calculada a partir de la intensidad de la fuente — en torno a un 10 a 20 por ciento.
El fenómeno se llama anomalía del galio. Una interpretación posible son los neutrinos estériles: un cuarto tipo que no se acopla a la interacción débil y al que podría pasar una parte de los neutrinos en un trayecto corto.
El experimento sucesor BEST, también en Baksan, abordó la cuestión de forma específica a partir de 2019. Dos volúmenes de galio encajados uno dentro de otro y de tamaño distinto se irradiaron simultáneamente — en caso de una transición en trayecto corto, ambos habrían tenido que medir cantidades diferentes. El déficit se confirmó en 2022; una diferencia entre los volúmenes no se manifestó de forma concluyente.
Si detrás hay física nueva o una incertidumbre infravalorada en la transición nuclear sigue abierto hasta hoy.
Valoración
SAGE muestra dos cosas. Primera, cuán valiosa es la repetición independiente — los dos experimentos de galio han convertido el problema de los neutrinos solares de una curiosidad en un hallazgo firme.
Segunda, que una calibración cuidadosa no solo da garantías, sino que puede conducir ella misma a preguntas nuevas. La anomalía del galio no se buscó. Se advirtió porque alguien miró con atención.
Términos relacionados
- GALLEX — el experimento paralelo
- Neutrinos estériles — una interpretación posible
- Problema de los neutrinos solares
- Neutrinos solares
Fuentes
- Colaboración SAGE: Measurement of the solar neutrino capture rate with gallium metal, Physical Review C 80, 015807 (2009).
- Colaboración BEST: Results from the Baksan Experiment on Sterile Transitions, Physical Review Letters 128, 232501 (2022).