DIE GALLIUM-ANOMALIE, AN DER SONNE ÜBERPRÜFT
Gallium-71 kann ein Elektron-Neutrino verschlucken und sich in Germanium-71 verwandeln, wobei es ein Elektron ausstößt. Sammelt man die wenigen im Gallium entstandenen Germaniumatome ein und zählt sie, hat man einen Neutrinofluss gemessen. So beobachteten die Detektoren SAGE und Gallex/GNO die Sonne.
Um diese Detektoren zu überprüfen, setzten Physiker sie auch künstlichen Neutrinoquellen aus – sehr intensiven Proben von radioaktivem Chrom-51 und Argon-37. Die Germaniumzählung fiel zu niedrig aus. Frühe Experimente deuteten das an, ohne die Frage zu klären. Dann bestätigte es das Experiment BEST, bei dem eine Chrom-51-Quelle von 3,5 Megacurie im Inneren zweier ineinanderliegender Zonen aus flüssigem Galliummetall saß.
Zwanzig Prozent fehlen
BEST war als Oszillationsexperiment auf kurze Distanz angelegt, um zu prüfen, ob sterile Neutrinos, die sich mit gewöhnlichen Elektron-Neutrinos mischen, das Defizit erklären könnten. Die Einfangraten zeigten keine Abhängigkeit von der Entfernung. Zusammen bestätigen die sechs Quellenmessungen – 0,97, 0,81, 0,97, 0,83, 0,81 und 0,78 der erwarteten Rate – die niedrige Rate mit mehr als 4 Sigma, bei einem kombinierten Verhältnis von 0,817. Das ist die Gallium-Anomalie.
Die erwartete Rate beruht auf einem Wirkungsquerschnitt, der Wahrscheinlichkeit, dass Gallium ein Neutrino einfängt. Er wird aus der Umkehrreaktion abgeleitet, dem radioaktiven Zerfall von Germanium-71 durch Elektroneneinfang, dessen Halbwertszeit (11,465 Tage) und Energie genau bekannt sind. Ein Schritt dieser Herleitung behandelt Elektron und Kern getrennt – die „Faktorisierung“. 2026 argumentierten Cadeddu und Kollegen in Physical Review Letters, dieser Schritt könne versagen und den wahren Wirkungsquerschnitt um 20 % verringern. Steven Elliott vom Los Alamos National Laboratory und Hamish Robertson von der University of Washington sind skeptisch: Die Faktorisierung gibt Messungen an vielen Kernen auf etwa 1 % genau wieder, mit einer bekannten Ausnahme, Natrium-22, bei etwa 10 %. „Ein Versagen der Faktorisierung auf dem 20-%-Niveau wäre daher sehr überraschend.“
Eine Quelle, die niemand gebaut hat
Also nutzten sie eine Neutrinoquelle, die unabhängig von Gallium kalibriert ist: die Sonne. Ihr Neutrinoausstoß wird heute auf der Erde über grundlegende Reaktionen des Standardmodells gemessen – Neutrinos, die im Borexino-Detektor an Elektronen abprallen, und solche, die in SNO Deuteriumkerne aufbrechen. Nichts davon hängt vom Wirkungsquerschnitt des Galliums ab.
Die Autoren kombinieren fünf solare Quellen: die Haupt-Proton-Proton-Kette (pp) sowie pep, Beryllium-7, den CNO-Zyklus und Bor-8. Borexino liefert die Flüsse von Beryllium-7, pep und CNO, SNO den Bor-8-Fluss. Der pp-Fluss ergibt sich aus der Leuchtkraft der Sonne: Jeder entstehende Heliumkern setzt zwei Neutrinos und 26,731 MeV frei, und etwa 2 % dieser Energie entweichen als Neutrinos. Unterwegs wechseln die Neutrinos ihren Flavour; die Wahrscheinlichkeit, dass eines noch als Elektron-Neutrino ankommt, wird mit Mischungsparametern von Daya Bay und JUNO und dem Dichteprofil eines Sonnenmodells berechnet – die einzige verbleibende Abhängigkeit von Sonnenmodellen. Die Wirkungsquerschnitte für Gallium stammen aus einer neuen Auswertung von Haxton und Rule.
Siebenundsechzig von siebenundsechzig
Die Vorhersage für einen Gallium-Detektor, in solaren Neutrinoeinheiten (Einfänge pro 10³⁶ Zielatome pro Sekunde):
- pp-Neutrinos: 40,00
- Beryllium-7: 18,75
- Bor-8: 4,17
- CNO: 3,00
- pep: 1,55
- gesamt: 67,5 (+1,4 / −1,1)
SAGE und Gallex/GNO maßen zusammen 66,1 ± 3,1. Das Verhältnis beträgt 0,980 (+0,050 / −0,049).
Gemessene geteilt durch erwartete Einfangraten: die sechs Quellenexperimente (schwarz) und der Sonnentest dieser Arbeit (rot). Das blaue Band ist das kombinierte Ergebnis der Quellen. — Abbildung 3, Elliott und Robertson (2026), arXiv:2610.22219.
Mehr als 90 % dieser vorhergesagten Rate beruhen auf Wirkungsquerschnitten, die aus dem Germaniumzerfall und dem „detaillierten Gleichgewicht“ zwischen einer Reaktion und ihrer Umkehrung gewonnen werden – genau dem Teil, den Cadeddu und Kollegen infrage stellten. Mit der Sonne als Quelle gibt es keine Anomalie.
Woanders
Zwei Verdächtige werden auf einen Schlag entlastet. Der Wirkungsquerschnitt des Galliums zeigt keine Anzeichen eines Fehlers, die Faktorisierung eingeschlossen. Und die Effizienzen beim Extrahieren und Zählen der Germaniumatome in den Sonnenmessungen von SAGE, Gallex und BEST halten der Prüfung stand; da die Verfahren bei den Quellenexperimenten ähnlich sind, dürften auch diese stimmen.
Die Anomalie selbst bleibt bestehen. Die Arbeit bietet keine Ersatzerklärung an und endet mit einem Satz: „Die Ursache der Gallium-Anomalie liegt offenbar woanders.“ Ein Detail zur Einordnung: Beide Autoren gehören auch zu den Unterzeichnern der BEST-Arbeiten, die die Anomalie überhaupt erst bestätigt hatten.