GALLEX

GALLEX

GALLEX oder Gallium-Experiment war ein radiochemisches Experiment zum Nachweis von Neutrinos. Es lief von 1991 bis 1997 am Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS).[1] Das Projekt wurde von einer internationalen Kollaboration aus amerikanischen, deutschen, französischen, italienischen, israelischen und polnischen Wissenschaftlern unter Leitung des Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg durchgeführt (Projektleiter war Till Kirsten).

Ziel des Experiments ist der Nachweis der solaren Neutrinos und damit die Prüfung von Theorien zu den Energieerzeugungsmechanismen der Sonne. Zuvor gab es keine Beobachtungen zu niedrigenergetischen solaren Neutrinos.

Aufstellort

Die Hauptkomponenten des Experiments, der Tank und die Zähler, lagen in den unterirdischen astrophysikalischen Laboratorien Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italien, Region Abruzzen, in der Nähe von L’Aquila innerhalb des 2912 Meter hohen Gran Sasso-Massivs. Der Aufstellort entspricht einer Tiefe von 3200 Meter Wasser. Dies ist notwendig, um den Detektor von kosmischer Strahlung abzuschirmen. Das Labor ist über die Autobahn A-24 erreichbar, welche durch den Berg verläuft.

Detektor

Der 54 m3 fassende Detektortank war mit 101 Tonnen einer Galliumtrichlorid-Salzsäure Lösung gefüllt. Diese enthielt 30,3 Tonnen Gallium[1], damals fast eine Weltjahresproduktion und nach dem SAGE-Detektor wahrscheinlich die größte Menge Gallium, die je verwendet wurde. Das Gallium in der Lösung diente als Target für eine neutrino-induzierte Kernreaktion (Neutrinoeinfang oder inverser Betazerfall). Dadurch wird das Gallium in Germanium durch folgende Reaktion umgewandelt:

$ \nu_e + \mathrm{^{71}Ga} \longrightarrow \mathrm{^{71}Ge^+} + e^- $

Der Schwellenwert für den Neutrinonachweis liegt bei dieser Reaktion bei 233,2 keV. Es können also nur Neutrinos mit einer Energie größer als 233,2 keV nachgewiesen werden. Der relativ niedrige Schwellenwert ist ein Grund, warum Gallium als Detektormaterial benutzt wurde. Andere Detektor-Reaktionen haben höhere Schwellenwerte, so zum Beispiel das Homestake-Experiment mit 813 keV durch den Nachweis von Argon-37. Mit dem Nachweis von 71Ge können auch Neutrinos aus der primären Proton-Proton-Reaktion der Sonne mit einer maximalen Energie von 420 keV detektiert werden.

Das entstandene 71Ge wurde chemisch aus dem Detektor extrahiert und in das Gas [71]Monogerman GeH4 umgewandelt. Der Zerfall der 71Ge-Atome mit einer Halbwertzeit von 11,43 Tagen wurde mit Proportionalzählern nachgewiesen. Jeder nachgewiesene Zerfall entspricht einem eingefangenen Neutrino.

Resultate

Das GALLEX-Experiment war das erste Experiment, das Neutrinos aus der p-p-Reaktion, aus der die Sonne den größten Teil ihrer Energie erzeugt, nachwies. Zwischen 1991 und 1997 maß der Detektor eine Rate von 77,5 SNU (Solar neutrino units), was etwa 0,75 Zerfällen pro Tag entspricht. Diese Rate ist nur durch einen Beitrag von pp-Neutrinos oder ein Defizit durch Neutrinooszillation erklärbar.

Das wichtigste Resultat war der statistisch signifikante Nachweis einer geringeren Anzahl Neutrinos, als es das solaren Standardmodell vorhersagte, das je nach Autor Werte von 125 bis 136 SNU ergibt. Zu einem ähnlichen Defizit war für die höherenergetischen Neutrinos aus der Sonne auch schon das Homestake-Experiment gekommen: das schon seit vielen Jahren bekannte solare Neutrinoproblem.

Diese Diskrepanz wird inzwischen dadurch erklärt, dass Neutrinos im Gegensatz zur bisher gültigen Standardtheorie eine Masse besitzen und daher oszillieren, sich also von einer Neutrinoart in eine andere umwandeln können. Radiochemische Neutrinodetektoren reagieren aber nur auf eine Neutrinoart (Elektronneutrinos), nicht auf den zweiten oder dritten Neutrino-Flavour. Die Neutrinooszillation der in der Sonne entstandenen Elektronneutrinos auf dem Weg zur Erde ist für die Diskrepanz verantwortlich.

Andere Experimente

Das Nachfolgeexperiment von GALLEX war das Gallium Neutrino Observatorium oder G.N.O., welche vom LNGS im April 1998 begann und bis zum Jahr 2003 fortgeführt wurde.[1]

Ein ähnliches Experiment, welches metallisches Gallium verwendete, ist das Russisch-Amerikanische Gallium Experiment SAGE.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 1,2 Wolfgang Hampel: Der Beitrag des GALLEX-GNO-Experiments zur Lösung des Sonnenneutrino-Problems. In: MPG Tätigkeitsbericht 2004. mpg, 10. November 2004, abgerufen am 26. Februar 2010 (pdf, deutsch).

Koordinaten: 42° 25′ 14″ N, 13° 30′ 59,1″ O


Diese Artikel könnten dir auch gefallen



Die letzten News


23.01.2021
Physiker filmen Phasenübergang mit extrem hoher Auflösung
Laserstrahlen können genutzt werden, um die Eigenschaften von Materialien gezielt zu verändern.
23.01.2021
Die Entstehung des Sonnensystems in zwei Schritten
W
23.01.2021
Die Entstehung erdähnlicher Planeten unter der Lupe
Innerhalb einer internationalen Zusammenarbeit haben Wissenschaftler ein neues Instrument namens MATISSE eingesetzt, das nun Hinweise auf einen Wirbel am inneren Rand einer planetenbildenden Scheibe um einen jungen Stern entdeckt hat.
20.01.2021
Älteste Karbonate im Sonnensystem
Die Altersdatierung des Flensburg-Meteoriten erfolgte mithilfe der Heidelberger Ionensonde.
20.01.2021
Einzelnes Ion durch ein Bose-Einstein-Kondensat gelotst.
Transportprozesse in Materie geben immer noch viele Rätsel auf.
20.01.2021
Der Tanz massereicher Sternenpaare
Die meisten massereichen Sterne treten in engen Paaren auf, in denen beide Sterne das gemeinsame Massenzentrum umkreisen.
20.01.2021
Sonnenaktivität über ein Jahrtausend rekonstruiert
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der ETH Zürich hat aus Messungen von radioaktivem Kohlenstoff in Baumringen die Sonnenaktivität bis ins Jahr 969 rekonstruiert.
20.01.2021
Forschungsteam stoppt zeitlichen Abstand von Elektronen innerhalb eines Atoms
Seit mehr als einem Jahrzehnt liefern Röntgen-Freie-Elektronen-Laser (XFELs) schon intensive, ultrakurze Lichtpulse im harten Röntgenbereich.
20.01.2021
Welche Rolle Turbulenzen bei der Geburt von Sternen spielen
Aufwändige und in diesem Umfang bis dahin noch nicht realisierte Computersimulationen zur Turbulenz in interstellaren Gas- und Molekülwolken haben wichtige neue Erkenntnisse zu der Frage gebracht, welche Rolle sie bei der Entstehung von Sternen spielt.
20.01.2021
Wie Aerosole entstehen
Forschende der ETH Zürich haben mit einem Experiment untersucht, wie die ersten Schritte bei der Bildung von Aerosolen ablaufen.
13.01.2021
Schnellere und stabilere Quantenkommunikation
Einer internationalen Forschungsgruppe ist es gelungen, hochdimensionale Verschränkungen in Systemen aus zwei Photonen herzustellen und zu überprüfen. Damit lässt sich schneller und sicherer kommunizieren, wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen.
12.01.2021
Elektrisch schaltbares Qubit ermöglicht Wechsel zwischen schnellem Rechnen und Speichern
Quantencomputer benötigen zum Rechnen Qubits als elementare Bausteine, die Informationen verarbeiten und speichern.
12.01.2021
ALMA beobachtet, wie eine weit entfernte kollidierende Galaxie erlischt
Galaxien vergehen, wenn sie aufhören, Sterne zu bilden.
11.01.2021
Umgekehrte Fluoreszenz
Entdeckung von Fluoreszenzmolekülen, die unter normalem Tageslicht ultraviolettes Licht aussenden.
11.01.2021
Weyl-Punkten auf der Spur
Ein Material, das leitet und isoliert – gibt es das? Ja, Forschende haben erstmals 2005 sogenannte topologische Isolatoren beschrieben, die im Inneren Stromdurchfluss verhindern, dafür aber an der Oberfläche äußerst leitfähig sind.
11.01.2021
MOONRISE: Schritt für Schritt zur Siedlung aus Mondstaub
Als Bausteine sind sie noch nicht nutzbar – aber die mit dem Laser aufgeschmolzenen Bahnen sind ein erster Schritt zu 3D-gedruckten Gebäuden, Landeplätzen und Straßen aus Mondstaub.
11.01.2021
Konstanz von Naturkonstanten in Raum und Zeit untermauert
Moderne Stringtheorien stellen die Konstanz von Naturkonstanten infrage. Vergleiche von hochgenauen Atomuhren bestätigen das jedoch nicht, obwohl die Ergebnisse früherer Experimente bis zu 20-fach verbessert werden konnten.
08.01.2021
Weder flüssig noch fest
E
08.01.2021
Mit quantenlimitierter Genauigkeit die Auflösungsgrenze überwinden
Wissenschaftlern der Universität Paderborn ist es gelungen, eine neue Methode zur Abstandsmessung für Systeme wie GPS zu entwickeln, deren Ergebnisse so präzise wie nie zuvor sind.
25.12.2020
Wie sich Sterne in nahe gelegenen Galaxien bilden
Wie Sterne genau entstehen, ist nach wie vor eines der grossen Rätsel der Astrophysik.
25.12.2020
Kartierung eines kurzlebigen Atoms
Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden, Russland und den USA unter der Leitung von Wissenschaftern des European XFEL hat Ergebnisse eines Experiments veröffentlicht, das neue Möglichkeiten zur Untersuchung von Übergangszuständen in Atomen und Molekülen eröffnet.
25.12.2020
Skyrmionen – Grundlage für eine vollkommen neue Computerarchitektur?
Skyrmionen sind magnetische Objekte, von denen sich Forscher weltweit versprechen, mit ihnen die neuen Informationseinheiten für die Datenspeicher und Computerarchitektur der Zukunft gefunden zu haben.
25.12.2020
Mysterien in den Wolken: Große Tröpfchen begünstigen die Bildung kleinerer
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) berichten die über ihre neuen Erkenntnisse, wie ausfallende große Regentropfen und Eispartikel das Wachstum von Aerosolen begünstigen können, um neue Kondensationskerne oder Eiskeimteilchen in Wolken zu erzeugen.
25.12.2020
Kollidierende Sterne offenbaren grundlegende Eigenschaften von Materie und Raumzeit
Ein internationales Wissenschaftsteam um den Astrophysikprofessor Tim Dietrich von der Universität Potsdam schaffte den Durchbruch bei der Größenbestimmung eines typischen Neutronensterns und der Messung der Ausdehnung des Universums.
25.12.2020
Endgültige Ergebnisse und Abschied vom GERDA-Experiment
Die Zeit des GERDA-Experiments zum Nachweis des neutrinolosen doppelten Betazerfalls geht zu Ende.