DỊ THƯỜNG GALI, ĐỐI CHIẾU VỚI MẶT TRỜI

Gali-71 có thể nuốt một neutrino electron và biến thành germani-71, nhả ra một electron. Thu gom vài nguyên tử germani được tạo ra trong gali, đếm chúng, và bạn đã đo được một thông lượng neutrino. Đó là cách các máy dò SAGE và Gallex/GNO quan sát Mặt Trời.

Để kiểm tra những máy dò này, các nhà vật lý còn cho chúng tiếp xúc với các nguồn neutrino nhân tạo — những mẫu crom-51 và argon-37 phóng xạ cực mạnh. Số nguyên tử germani đếm được thấp hơn kỳ vọng. Các thí nghiệm ban đầu gợi ý điều đó mà chưa ngã ngũ. Rồi thí nghiệm BEST, với một nguồn crom-51 3,5 megacurie đặt bên trong hai vùng kim loại gali lỏng lồng vào nhau, đã xác nhận điều đó.

Thiếu mất hai mươi phần trăm

BEST được thiết kế như một thí nghiệm dao động ở khoảng cách ngắn, nhằm kiểm tra xem neutrino vô sinh (sterile neutrino) trộn với neutrino electron thông thường có thể giải thích sự thiếu hụt hay không. Tốc độ bắt không cho thấy sự phụ thuộc nào vào khoảng cách. Gộp lại, sáu phép đo với nguồn — 0,97, 0,81, 0,97, 0,83, 0,81 và 0,78 lần tốc độ kỳ vọng — xác nhận tốc độ thấp ở mức hơn 4 sigma, với tỉ số tổng hợp là 0,817. Đó là dị thường gali.

Tốc độ kỳ vọng dựa trên một tiết diện, tức xác suất gali bắt được một neutrino. Nó được suy ra từ phản ứng ngược, sự phân rã phóng xạ của germani-71 bằng bắt electron, với chu kỳ bán rã (11,465 ngày) và năng lượng được biết chính xác. Một bước trong phép suy luận đó xử lý electron và hạt nhân riêng rẽ — “phân tách thừa số” (factorization). Năm 2026, Cadeddu và các đồng nghiệp lập luận trên tạp chí Physical Review Letters rằng bước này có thể sai và khiến tiết diện thực thấp hơn 20%. Steven Elliott, thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos, và Hamish Robertson, thuộc Đại học Washington, tỏ ra hoài nghi: phân tách thừa số tái hiện các phép đo ở nhiều hạt nhân với sai lệch khoảng 1%, chỉ có một ngoại lệ đã biết là natri-22, ở mức khoảng 10%. “Do đó, việc phân tách thừa số sụp đổ ở mức 20% sẽ là điều rất đáng ngạc nhiên.”

Một nguồn không ai chế tạo

Vì vậy, họ dùng một nguồn neutrino được hiệu chuẩn độc lập với gali: Mặt Trời. Lượng neutrino của nó giờ đây được đo trên Trái Đất thông qua các phản ứng cơ bản của Mô hình Chuẩn — neutrino nảy khỏi electron trong máy dò Borexino, và phá vỡ hạt nhân deuteri trong SNO. Không điều gì trong số đó phụ thuộc vào tiết diện của gali.

Các tác giả kết hợp năm nguồn neutrino mặt trời: chuỗi proton-proton chính (pp), cùng pep, beryli-7, chu trình CNO và bo-8. Borexino cung cấp thông lượng beryli-7, pep và CNO, còn SNO cung cấp thông lượng bo-8. Thông lượng pp được suy ra từ độ sáng của Mặt Trời: mỗi hạt nhân heli được tạo ra giải phóng hai neutrino và 26,731 MeV, và khoảng 2% năng lượng đó thoát ra dưới dạng neutrino. Trên đường đi, neutrino đổi “vị” (flavour); xác suất để một neutrino đến nơi mà vẫn là neutrino electron được tính bằng các tham số trộn từ Daya Bay và JUNO, cùng phân bố mật độ của một mô hình Mặt Trời — sự phụ thuộc duy nhất còn lại vào các mô hình Mặt Trời. Tiết diện của gali lấy từ một đánh giá mới của Haxton và Rule.

Sáu mươi bảy trên sáu mươi bảy

Dự đoán cho một máy dò gali, tính bằng đơn vị neutrino mặt trời (số lần bắt trên 10³⁶ nguyên tử bia mỗi giây):

neutrino pp: 40,00
beryli-7: 18,75
bo-8: 4,17
CNO: 3,00
pep: 1,55
tổng: 67,5 (+1,4 / −1,1)

SAGE và Gallex/GNO, gộp lại, đo được 66,1 ± 3,1. Tỉ số là 0,980 (+0,050 / −0,049).

Bảy điểm có thanh sai số: sáu thí nghiệm với nguồn gần 0,8 nằm trong một dải xanh lam, và một điểm mặt trời màu đỏ gần 1.

Tỉ số tốc độ bắt đo được trên kỳ vọng: sáu thí nghiệm với nguồn (đen) và phép kiểm tra bằng Mặt Trời của công trình này (đỏ). Dải xanh lam là kết quả tổng hợp của các nguồn. — Figure 3, Elliott and Robertson (2026), arXiv:2610.22219.

Hơn 90% tốc độ dự đoán này dựa vào các tiết diện lấy từ phân rã germani và “cân bằng chi tiết” (detailed balance) giữa một phản ứng và phản ứng ngược của nó — chính là phần mà Cadeddu và các đồng nghiệp đặt nghi vấn. Với Mặt Trời làm nguồn, không có dị thường nào.

Ở chỗ khác

Hai nghi phạm được minh oan cùng lúc. Tiết diện của gali không cho thấy dấu hiệu sai sót nào, kể cả phân tách thừa số. Và hiệu suất tách và đếm các nguyên tử germani trong các đợt đo Mặt Trời của SAGE, Gallex và BEST đều đạt yêu cầu; vì quy trình cho các thí nghiệm với nguồn cũng tương tự, chúng nhiều khả năng cũng chính xác.

Bản thân dị thường vẫn còn đó. Bài báo không đưa ra lời giải thích thay thế nào và kết thúc bằng một câu: “Nguồn gốc của dị thường gali rõ ràng nằm ở chỗ khác.” Một chi tiết để hiểu bối cảnh: cả hai tác giả cũng là đồng tác giả của các bài báo BEST, chính những bài đã xác nhận dị thường ngay từ đầu.