شذوذ الغاليوم تحت اختبار الشمس
يستطيع الغاليوم-71 أن يبتلع نيوترينو إلكترونيًا فيتحوّل إلى جرمانيوم-71، مطلقًا إلكترونًا. اجمع ذرات الجرمانيوم القليلة المتكوّنة في الغاليوم، وعُدّها، فتكون قد قست تدفقًا من النيوترينوات. هكذا رصد الكاشفان SAGE وGallex/GNO الشمس.
وللتحقق من هذين الكاشفين، عرّضهما الفيزيائيون أيضًا لـمصادر نيوترينوات اصطناعية — عينات شديدة الإشعاع من الكروم-51 والأرغون-37. فجاء عدد ذرات الجرمانيوم منخفضًا. ألمحت التجارب الأولى إلى ذلك من دون أن تحسم المسألة. ثم أكّدته تجربة BEST، بمصدر من الكروم-51 شدته 3.5 ميغاكوري موضوع داخل منطقتين متداخلتين من فلز الغاليوم السائل.
عشرون في المئة مفقودة
صُمّمت BEST تجربةً للتذبذب على مسافات قصيرة، لاختبار ما إذا كانت نيوترينوات عقيمة ممتزجة بالنيوترينوات الإلكترونية العادية قادرة على تفسير العجز. لكن معدلات الأسر لم تُظهر أي اعتماد على المسافة. ومجتمعةً، تؤكد قياسات المصادر الستة — 0.97 و0.81 و0.97 و0.83 و0.81 و0.78 من المعدل المتوقع — انخفاض المعدل بأكثر من 4 سيغما، بنسبة مجمّعة قدرها 0.817. هذا هو شذوذ الغاليوم.
يرتكز المعدل المتوقع على مقطع عرضي (cross-section)، أي احتمال أن يأسر الغاليوم نيوترينو. ويُشتق من التفاعل العكسي، وهو الاضمحلال الإشعاعي للجرمانيوم-71 بالأسر الإلكتروني، الذي يُعرف عمر نصفه (11.465 يومًا) وطاقته بدقة. وتعالج إحدى خطوات هذا الاشتقاق الإلكترون والنواة كلًّا على حدة — وهي «التحليل إلى عوامل» (factorization). في 2026، رأى كاديدو (Cadeddu) وزملاؤه في مجلة Physical Review Letters أن هذه الخطوة قد تخفق فتجعل المقطع العرضي الحقيقي أقل بنسبة 20%. أما ستيفن إليوت (Steven Elliott) من مختبر لوس ألاموس الوطني، وهاميش روبرتسون (Hamish Robertson) من جامعة واشنطن، فمتشككان: إذ يعيد التحليل إلى عوامل إنتاج القياسات في نوى كثيرة بدقة نحو 1%، مع استثناء واحد معروف هو الصوديوم-22، بنحو 10%. «ولذلك سيكون انهيار التحليل إلى عوامل بمستوى 20% مفاجئًا جدًا».
مصدر لم يبنِه أحد
لذا استخدما مصدر نيوترينوات معايَرًا بمعزل عن الغاليوم: الشمس. فإنتاجها من النيوترينوات يُقاس اليوم على الأرض عبر تفاعلات أساسية من النموذج المعياري — نيوترينوات ترتدّ عن الإلكترونات في كاشف Borexino، وأخرى تفكّك نوى الديوتيريوم في SNO. ولا شيء من ذلك يعتمد على المقطع العرضي للغاليوم.
يجمع المؤلفان خمسة مصادر شمسية: سلسلة بروتون-بروتون الرئيسية (pp)، إضافةً إلى pep والبريليوم-7 ودورة CNO والبورون-8. يوفر Borexino تدفقات البريليوم-7 وpep وCNO، ويوفر SNO تدفق البورون-8. أما تدفق pp فيُستمد من سطوع الشمس: فكل نواة هيليوم تتكوّن تطلق نيوترينوين و26.731 ميغا إلكترون فولت، ويغادر نحو 2% من تلك الطاقة على شكل نيوترينوات. وفي الطريق تغيّر النيوترينوات نكهتها؛ ويُحسب احتمال أن يصل النيوترينو وهو لا يزال إلكترونيًا بمعاملات امتزاج من تجربتي Daya Bay وJUNO، وبمنحنى الكثافة في نموذج شمسي — وهو الاعتماد الوحيد المتبقي على النماذج الشمسية. وتأتي المقاطع العرضية للغاليوم من تقييم جديد أجراه هاكستون (Haxton) ورول (Rule).
سبعة وستون من سبعة وستين
التوقع لكاشف غاليوم، بوحدات النيوترينو الشمسي (عمليات أسر لكل 10³⁶ ذرة هدف في الثانية):
- نيوترينوات pp: 40.00
- البريليوم-7: 18.75
- البورون-8: 4.17
- CNO: 3.00
- pep: 1.55
- المجموع: 67.5 (+1.4 / −1.1)
قاس SAGE وGallex/GNO مجتمعَين 66.1 ± 3.1. والنسبة 0.980 (+0.050 / −0.049).
نسبة معدلات الأسر المقيسة إلى المتوقعة: تجارب المصادر الست (بالأسود) والاختبار الشمسي في هذا العمل (بالأحمر). الشريط الأزرق هو النتيجة المجمّعة للمصادر. — الشكل 3، Elliott وRobertson (2026)، arXiv:2610.22219.
أكثر من 90% من هذا المعدل المتوقع يعتمد على مقاطع عرضية مأخوذة من اضمحلال الجرمانيوم ومن «التوازن التفصيلي» بين التفاعل وعكسه — وهو بالضبط الجزء الذي شكّك فيه كاديدو وزملاؤه. ومع الشمس مصدرًا، لا يوجد شذوذ.
في مكان آخر
يُبرَّأ متهمان دفعة واحدة. فالمقطع العرضي للغاليوم لا يُظهر أي علامة على خطأ، بما في ذلك التحليل إلى عوامل. كما تثبت صحة كفاءات استخلاص ذرات الجرمانيوم وعدّها في SAGE وGallex وفي قياسات BEST الشمسية؛ وبما أن إجراءات تجارب المصادر مماثلة، فمن المرجح أنها دقيقة هي أيضًا.
أما الشذوذ نفسه فيبقى قائمًا. لا تقدّم الورقة تفسيرًا بديلًا، وتنتهي بسطر واحد: «من الواضح أن مصدر شذوذ الغاليوم يكمن في مكان آخر». وتفصيلة للسياق: المؤلفان كلاهما من الموقّعين أيضًا على أوراق BEST التي أكّدت الشذوذ في المقام الأول.