Разобрался. Один сайт прошел проверку подлинности NTML, а другой - нет. Я предполагал, что с IE8 и состоянием табуляции сеанс больше не применяется для оптимизации взаимодействия между IE и NTML. Но этот опыт доказывает, по крайней мере, на XP и Vista.
Таким образом, решение состоит в том, чтобы либо взломать клиентский реестр (я никогда не думал, что этот подход действительно практичен), или в моем случае использовать 2 субдомена. В последнем случае важно знать, что оптимизация аутентификации IE использует полный URL. Таким образом, suba.mydomain.com и subb.mydomain.com будут рассматриваться как уникальный сайт с помощью оптимизации проверки подлинности IE, и, следовательно, не приводят к проблеме зависимости последовательной проверки подлинности сайта.
Этот КБ имеет отношение: http://support.microsoft.com/kb/251404