गॅलियम विसंगती, सूर्याच्या कसोटीवर

गॅलियम-71 एक इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो गिळून जर्मेनियम-71 मध्ये रूपांतरित होऊ शकते, आणि एक इलेक्ट्रॉन बाहेर टाकते. गॅलियममध्ये तयार झालेले काही जर्मेनियम अणू गोळा करा, ते मोजा, आणि तुम्ही न्यूट्रिनोंचा प्रवाह (flux) मोजलेला असतो. SAGE आणि Gallex/GNO शोधकांनी अशा प्रकारे सूर्याचे निरीक्षण केले.

या शोधकांची तपासणी करण्यासाठी, भौतिकशास्त्रज्ञांनी त्यांना कृत्रिम न्यूट्रिनो स्रोतांनाही सामोरे नेले — किरणोत्सारी क्रोमियम-51 आणि आर्गॉन-37 चे अत्यंत तीव्र नमुने. जर्मेनियमची संख्या कमी आली. सुरुवातीच्या प्रयोगांनी याचे संकेत दिले, पण प्रश्न निकाली निघाला नाही. मग BEST प्रयोगाने, द्रव गॅलियम धातूच्या दोन एकात एक असलेल्या क्षेत्रांच्या आत 3.5 मेगाक्युरी क्रोमियम-51 स्रोत ठेवून, त्याची पुष्टी केली.

वीस टक्के गायब

BEST हा कमी अंतरावरील दोलन-प्रयोग म्हणून रचला होता, सामान्य इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनोंमध्ये मिसळलेले निर्जंतुक न्यूट्रिनो (sterile neutrinos) ही तूट स्पष्ट करू शकतात का हे तपासण्यासाठी. पकडीच्या दरांनी अंतरावर कोणतेही अवलंबित्व दाखवले नाही. एकत्रितपणे, सहा स्रोत-मापने — अपेक्षित दराच्या 0.97, 0.81, 0.97, 0.83, 0.81 आणि 0.78 पट — कमी दराची 4 सिग्मापेक्षा जास्त पातळीवर पुष्टी करतात, एकत्रित गुणोत्तर 0.817. हीच गॅलियम विसंगती.

अपेक्षित दर एका छेदक्षेत्रावर (cross-section), म्हणजे गॅलियम न्यूट्रिनो पकडण्याच्या संभाव्यतेवर, आधारलेला असतो. तो उलट अभिक्रियेवरून, म्हणजे इलेक्ट्रॉन-पकडीद्वारे होणाऱ्या जर्मेनियम-71 च्या किरणोत्सारी क्षयावरून, काढला जातो; त्याचे अर्धायुष्य (11.465 दिवस) आणि ऊर्जा अचूकपणे ज्ञात आहेत. त्या व्युत्पत्तीतील एक टप्पा इलेक्ट्रॉन आणि केंद्रक यांना स्वतंत्रपणे हाताळतो — “अवयवीकरण” (factorization). 2026 मध्ये, कादेद्दू (Cadeddu) आणि सहकाऱ्यांनी Physical Review Letters मध्ये असा युक्तिवाद केला की हा टप्पा अपयशी ठरू शकतो आणि खरे छेदक्षेत्र 20% कमी असू शकते. लॉस अलामोस नॅशनल लॅबोरेटरीचे स्टीव्हन इलियट (Steven Elliott) आणि वॉशिंग्टन विद्यापीठाचे हॅमिश रॉबर्टसन (Hamish Robertson) साशंक आहेत: अवयवीकरण अनेक केंद्रकांमधील मापने सुमारे 1% पर्यंत पुन्हा मिळवते, फक्त एक ज्ञात अपवाद आहे, सोडियम-22, सुमारे 10% वर. “म्हणून 20% पातळीवर अवयवीकरण कोसळणे अत्यंत आश्चर्यकारक ठरेल.”

कोणीही न बांधलेला स्रोत

म्हणून त्यांनी गॅलियमपासून स्वतंत्रपणे अंशांकित केलेला न्यूट्रिनो स्रोत वापरला: सूर्य. त्याचे न्यूट्रिनो-उत्सर्जन आता पृथ्वीवर स्टँडर्ड मॉडेलच्या मूलभूत अभिक्रियांद्वारे मोजले जाते — Borexino शोधकात इलेक्ट्रॉनवर आदळून उसळणारे न्यूट्रिनो, आणि SNO मध्ये ड्युटेरियम केंद्रके फोडणारे न्यूट्रिनो. यांपैकी काहीही गॅलियमच्या छेदक्षेत्रावर अवलंबून नाही.

लेखक पाच सौर स्रोत एकत्र करतात: मुख्य प्रोटॉन-प्रोटॉन साखळी (pp), तसेच pep, बेरिलियम-7, CNO चक्र आणि बोरॉन-8. Borexino बेरिलियम-7, pep आणि CNO प्रवाह पुरवतो, SNO बोरॉन-8 प्रवाह. pp प्रवाह सूर्याच्या तेजस्वितेवरून मिळतो: तयार होणारे प्रत्येक हेलियम केंद्रक दोन न्यूट्रिनो आणि 26.731 MeV मुक्त करते, आणि त्या ऊर्जेपैकी सुमारे 2% न्यूट्रिनोंच्या रूपात बाहेर पडते. वाटेत न्यूट्रिनो आपला प्रकार (flavour) बदलतात; एखादा न्यूट्रिनो इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो म्हणूनच पोहोचण्याची संभाव्यता Daya Bay आणि JUNO मधील मिश्रण-घटक आणि एका सौर मॉडेलच्या घनता-वितरणावरून काढली जाते — सौर मॉडेलवरील हे एकमेव उरलेले अवलंबित्व. गॅलियमची छेदक्षेत्रे हॅक्स्टन (Haxton) आणि रूल (Rule) यांच्या नव्या मूल्यमापनातून घेतली आहेत.

सदुसष्टपैकी सदुसष्ट

गॅलियम शोधकासाठीचा अंदाज, सौर न्यूट्रिनो एककांत (दर सेकंदाला 10³⁶ लक्ष्य अणूंमागे पकडी):

• pp न्यूट्रिनो: 40.00
• बेरिलियम-7: 18.75
• बोरॉन-8: 4.17
• CNO: 3.00
• pep: 1.55
• एकूण: 67.5 (+1.4 / −1.1)

SAGE आणि Gallex/GNO यांनी एकत्रितपणे 66.1 ± 3.1 मोजले. गुणोत्तर 0.980 (+0.050 / −0.049) आहे.

मोजलेल्या आणि अपेक्षित पकड-दरांचे गुणोत्तर: सहा स्रोत-प्रयोग (काळे) आणि या कामातील सौर चाचणी (लाल). निळा पट्टा म्हणजे स्रोतांचा एकत्रित निकाल. — Figure 3, Elliott and Robertson (2026), arXiv:2610.22219.

या अंदाजित दराचा 90% पेक्षा जास्त भाग जर्मेनियम क्षयातून आणि एखादी अभिक्रिया व तिची उलट अभिक्रिया यांच्यातील “तपशीलवार संतुलनातून” (detailed balance) घेतलेल्या छेदक्षेत्रांवर अवलंबून आहे — नेमका तोच भाग ज्यावर कादेद्दू आणि सहकाऱ्यांनी प्रश्न उपस्थित केला. स्रोत म्हणून सूर्य घेतला, तर कोणतीही विसंगती नाही.

इतरत्र कुठेतरी

दोन संशयित एकाच वेळी निर्दोष ठरतात. गॅलियमच्या छेदक्षेत्रात, अवयवीकरणासह, चुकीचे कोणतेही चिन्ह नाही. आणि SAGE, Gallex आणि BEST च्या सौर निरीक्षणांमध्ये जर्मेनियम अणू काढण्याची आणि मोजण्याची कार्यक्षमता बरोबर ठरते; स्रोत-प्रयोगांच्या कार्यपद्धतीही सारख्याच असल्याने, त्याही बहुधा अचूक आहेत.

विसंगती स्वतः कायम आहे. शोधनिबंध कोणतेही पर्यायी स्पष्टीकरण देत नाही आणि एका ओळीवर संपतो: “गॅलियम विसंगतीचा स्रोत स्पष्टपणे इतरत्र कुठेतरी आहे.” संदर्भासाठी एक तपशील: दोन्ही लेखक मुळात विसंगतीची पुष्टी करणाऱ्या BEST शोधनिबंधांचेही सहलेखक आहेत.