GALLEX

GALLEX — галлиевый эксперимент — был радиохимическим детектором солнечных нейтрино в подземной лаборатории Гран-Сассо. Он работал с 1991 по 1997 год, а затем был продолжен как GNO до 2003 года.

Его значение заключено в одном числе: 233 килоэлектронвольта.

Почему галлий

Опыт Homestake работал с хлором и потому мог регистрировать только нейтрино выше 814 кэВ. Тем самым он охватывал одни лишь редкие энергичные нейтрино из распада бора-8 — менее одной сотой промилле всех солнечных нейтрино.

Главная реакция Солнца, pp-цепочка, даёт нейтрино с энергией не выше 420 кэВ. Для хлора они оставались невидимыми.

Галлий это меняет. Переход от галлия-71 к германию-71 имеет порог всего 233 кэВ. Тем самым впервые стала доступна та доля, которая происходит из основной реакции.

И это больше, чем техническое улучшение. Скорость счёта pp-нейтрино можно предсказать почти без модельных допущений: она следует непосредственно из светимости Солнца, ведь с каждой произведённой единицей энергии связано определённое число нейтрино. Кто измеряет эту скорость, проверяет не модель Солнца, а почти неизбежный баланс.

Устройство

GALLEX использовал около 30 тонн галлия, растворённого в виде хлорида галлия в соляной кислоте — в общей сложности около ста тонн раствора в баке под 1 400 метрами скалы.

Каждые три-четыре недели образовавшийся германий вымывали. Речь шла при этом о нескольких десятках атомов в ста тоннах раствора.

Метод: поток газа выносит летучий тетрахлорид германия, его в несколько ступеней концентрируют, переводят в германоводород и заполняют им крошечные счётчики. Там он распадается месяцами, и каждый распад регистрируется по отдельности.

Период полураспада германия-71 составляет 11,4 дня — достаточно короткий, чтобы за несколько месяцев сосчитать почти всё, и достаточно долгий, чтобы пережить извлечение.

Калибровка искусственным солнцем

Напрашивалось возражение: откуда известно, что химия действительно находит каждый атом и что счётчики работают правильно?

GALLEX ответил на это самым убедительным образом, какой был возможен. Коллаборация заказала изготовление искусственного источника нейтрино из хрома-51 — специально облучённого в реакторе хрома, активность которого была точно известна. Этот источник опускали в бак и проверяли, соответствует ли измеренная скорость счёта известной силе источника.

Таких калибровок было проведено две, в 1994 и 1995 годах. Метод работал — положительный контроль, столь прямой в физике возможен редко.

Результат

GALLEX нашёл примерно 60 процентов ожидаемой скорости счёта. Проблема солнечных нейтрино, стало быть, существовала и при низких энергиях, но заметно слабее, чем у Homestake, где приходила лишь треть.

Именно этот рисунок и был настоящей находкой. Ошибка в модели Солнца едва ли могла бы подействовать таким образом в зависимости от энергии. А вот превращение в пути — могло, и притом ровно так, как предсказывает эффект MSW.

Вместе с SAGE GALLEX дал тем самым сильный довод за годы до того, как SNO решила дело.

Аномалия

При калибровочных измерениях обнаружилось нечто неожиданное: измеренная скорость счёта была слегка ниже рассчитанной по силе источника. То же самое нашёл SAGE.

Эта галлиевая аномалия до сих пор не выяснена. Её обсуждают как возможное указание на стерильные нейтрино — или как признак того, что лежащий в основе ядерный переход известен хуже, чем считалось.

Связанные понятия

• SAGE — параллельный галлиевый эксперимент
• Проблема солнечных нейтрино
• Опыт Homestake — предшественник с хлором
• Эффект MSW — объяснение

Источники

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