SAGE
O SAGE — o Soviet-American Gallium Experiment — é um detector de neutrinos solares no Observatório de Neutrinos de Baksan, no Cáucaso russo. Ele entrou em operação em 1990 e é, com isso, um dos experimentos mais longevos da física de neutrinos.
Um experimento de dois mundos
O nome conta um pedaço da história contemporânea. O SAGE nasceu no fim da Guerra Fria como uma cooperação de institutos soviéticos e americanos — em uma época em que empreendimentos assim estavam politicamente longe de ser evidentes.
A colaboração sobreviveu à dissolução da União Soviética e trabalha até hoje, agora sob o nome Russian-American Gallium Experiment.
O detector fica em uma galeria sob o monte Andyrtchi, com cerca de 2 000 metros de rocha acima de si.
O dispositivo
Diferentemente do GALLEX, o SAGE utiliza gálio metálico — cerca de 50 toneladas, mantidas a aproximadamente 30 graus Celsius. O gálio funde a 29,8 graus e está, portanto, líquido na temperatura de operação, mas não dissolvido.
O processo de detecção é o mesmo: um neutrino converte um núcleo de gálio-71 em germânio-71, com limiar de 233 quiloelétrons-volt. Com isso o SAGE também capta os neutrinos da cadeia pp, ou seja, da reação principal do Sol.
A extração a partir de metal líquido é quimicamente mais exigente que a partir de uma solução de cloreto. Adiciona-se uma solução aquosa, mistura-se vigorosamente e leva-se o germânio para a fase aquosa. Como no GALLEX, trata-se de algumas dezenas de átomos por período de medição.
Por que eram necessários dois experimentos
Que GALLEX e SAGE trabalhassem simultaneamente e com procedimento químico diferente não foi acaso, mas intenção.
Ambos se apoiam em uma cadeia delicada: um neutrino gera um átomo, o átomo é retirado quimicamente, seu decaimento é contado. Em cada etapa algo poderia se perder — e uma perda pareceria exatamente igual a neutrinos faltantes.
Quando dois grupos, com técnicas diferentes, em países diferentes, sob montanhas diferentes, medem o mesmo déficit, o resultado não é um erro de laboratório. Ambos encontraram cerca de 60 por cento da taxa esperada.
Calibrado duas vezes
Também o SAGE se verificou com fontes artificiais — e isso com duas fontes diferentes.
Em 1995 empregou-se uma fonte de cromo-51, como no GALLEX. Em 2004 seguiu-se uma fonte de argônio-37, que fornece neutrinos de energia um pouco mais alta. Com isso o procedimento foi verificado em dois pontos independentes.
A anomalia do gálio
Nessas medições de calibração apareceu algo inesperado. Tanto no SAGE quanto no GALLEX a taxa medida ficou abaixo da calculada a partir da intensidade da fonte — em cerca de 10 a 20 por cento.
O fenômeno chama-se anomalia do gálio. Uma interpretação possível são os neutrinos estéreis: um quarto tipo, que não se acopla à interação fraca e para o qual uma parte dos neutrinos poderia transitar em curta distância.
O experimento sucessor BEST, igualmente em Baksan, investigou a questão de forma dirigida a partir de 2019. Dois volumes de gálio de tamanhos diferentes, um dentro do outro, foram irradiados simultaneamente — em caso de transição em curta distância, os dois teriam de medir quantidades diferentes. O déficit se confirmou em 2022; uma diferença entre os volumes não se mostrou de modo inequívoco.
Se por trás disso está física nova ou uma incerteza subestimada na transição nuclear, permanece em aberto até hoje.
Classificação
O SAGE mostra duas coisas. Primeiro, quão valiosa é a repetição independente — os dois experimentos com gálio transformaram o problema dos neutrinos solares de uma curiosidade em um achado sólido.
Segundo, que uma calibração cuidadosa não apenas dá segurança, mas pode ela mesma levar a novas perguntas. A anomalia do gálio não foi procurada. Ela chamou atenção porque alguém olhou com cuidado.
Termos relacionados
- GALLEX — o experimento paralelo
- Neutrinos estéreis — uma interpretação possível
- Problema dos neutrinos solares
- Neutrinos solares
Fontes
- Colaboração SAGE: Measurement of the solar neutrino capture rate with gallium metal, Physical Review C 80, 015807 (2009).
- Colaboração BEST: Results from the Baksan Experiment on Sterile Transitions, Physical Review Letters 128, 232501 (2022).