GALLEX

O GALLEX — o experimento do gálio — foi um detector radioquímico de neutrinos solares no laboratório subterrâneo do Gran Sasso. Ele funcionou de 1991 a 1997 e foi em seguida continuado como GNO até 2003.

Sua importância está em um número: 233 quiloelétrons-volt.

Por que gálio

O experimento Homestake trabalhava com cloro e por isso só podia detectar neutrinos acima de 814 keV. Com isso ele captava apenas os raros neutrinos energéticos vindos do decaimento do boro-8 — menos de um centésimo de milésimo de todos os neutrinos solares.

A reação principal do Sol, a cadeia pp, fornece neutrinos com no máximo 420 keV. Eles permaneciam invisíveis para o cloro.

O gálio muda isso. A transição do gálio-71 para o germânio-71 tem um limiar de apenas 233 keV. Com isso tornou-se captável, pela primeira vez, aquela fração que provém da reação fundamental.

E isso é mais do que uma melhoria técnica. A taxa dos neutrinos pp pode ser prevista quase sem hipóteses de modelo: ela decorre imediatamente da luminosidade do Sol, pois cada unidade de energia gerada vem acompanhada de um número determinado de neutrinos. Quem mede essa taxa não está verificando um modelo solar, mas um balanço quase compulsório.

O dispositivo

O GALLEX utilizava cerca de 30 toneladas de gálio, dissolvido como cloreto de gálio em ácido clorídrico — ao todo cerca de cem toneladas de solução em um tanque sob 1 400 metros de rocha.

A cada três ou quatro semanas o germânio formado era retirado por lavagem. Tratava-se de poucas dezenas de átomos em cem toneladas de solução.

O procedimento: uma corrente de gás carrega para fora o volátil tetracloreto de germânio, ele é concentrado em várias etapas, convertido em germano e colocado em minúsculos contadores. Ali ele decai ao longo de meses, e cada decaimento é registrado individualmente.

A meia-vida do germânio-71 é de 11,4 dias — curta o bastante para contar quase tudo em poucos meses, longa o bastante para sobreviver à extração.

A calibração com um Sol artificial

Uma objeção era evidente: como se sabe que a química realmente encontra cada átomo e que os contadores funcionam corretamente?

O GALLEX respondeu a isso do modo mais convincente possível. A colaboração mandou produzir uma fonte artificial de neutrinos de cromo-51 — cromo irradiado especialmente em um reator, cuja atividade era exatamente conhecida. Essa fonte foi baixada até dentro do tanque, e verificou-se se a taxa medida correspondia à intensidade conhecida da fonte.

Duas calibrações desse tipo foram realizadas, em 1994 e em 1995. O procedimento funcionava — um controle positivo como raramente é possível de forma tão direta na física.

O resultado

O GALLEX encontrou cerca de 60 por cento da taxa esperada. O problema dos neutrinos solares existia, portanto, também nas energias baixas, mas de forma nitidamente mais fraca que no Homestake, onde chegava apenas um terço.

Esse padrão foi o verdadeiro achado. Um erro no modelo solar dificilmente poderia ter atuado dessa maneira em função da energia. Já uma transformação pelo caminho, sim — e exatamente do modo que o efeito MSW prevê.

Junto com o SAGE, o GALLEX forneceu assim um argumento forte, anos antes de o SNO decidir a questão.

A anomalia

Nas medições de calibração apareceu algo inesperado: a taxa medida ficou levemente abaixo da calculada a partir da intensidade da fonte. O SAGE encontrou o mesmo.

Essa anomalia do gálio não está esclarecida até hoje. Ela é discutida como possível indício de neutrinos estéreis — ou como sinal de que a transição nuclear subjacente é conhecida com menos exatidão do que se supunha.

Termos relacionados

• SAGE — o experimento paralelo com gálio
• Problema dos neutrinos solares
• Experimento Homestake — o precursor com cloro
• Efeito MSW — a explicação

Fontes

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