镓实验：打开太阳中微子的低能窗口

氯探测器漏掉了数量最多的太阳中微子

Homestake 的氯实验看不到太阳数量最多的那批中微子。它靠核俘获测太阳中微子，阈值约 814 keV，比普通 pp 中微子能谱的上限还高。

镓-71 提供了另一种反应：电子中微子只要能量够，就能把它变成锗-71，同时放出一个电子。阈值约 233 keV。pp 中微子的能谱延伸到约 420 keV，其中一部分能被镓接住。

低能窗口一打开，问题也换了问法。测量要是和太阳预测对不上，现在可以拿几种反应来比，它们各自对能谱的不同部分敏感。镓的价值在于能看到新的能段，而不只是多攒些事件。

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两座地下实验室，两种靶材料

两个实验用的是同一个核俘获反应，靶材料和化学流程却不同。GALLEX 在意大利 Gran Sasso 地下实验室，用的是溶在化学溶液里的镓；SAGE 在高加索的 Baksan，用的是金属镓。

SAGE 从 1990 年开始测太阳中微子；GALLEX 的太阳测量从 1991 年做到 1997 年。接班的镓中微子观测站 GNO，在 1998 至 2003 年继续 Gran Sasso 的计划。这些年份指的是当年的测量时段，与设施今天的状况无关。

这项国际合作跨越了实验室，也跨越了政治变局。SAGE 起初是苏美合作，后来延续为俄美合作。GALLEX 和 GNO 把多家欧洲机构和其他伙伴连在一起。材料不同、团队不同，大家都看到的结果就更有分量。

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先让少量原子积累，再把它们找回来

放射化学实验不去逐个捕捉作用发生的瞬间，而是让靶曝光几个星期，等中微子俘获慢慢攒出极少量锗-71。然后团队把锗提取出来，放进小型低本底计数器。

锗-71 有放射性。看它的衰变信号，以及衰变率随时间减弱的特有方式，就能把回收的信号和本底分开。分析还要算上曝光期间已经衰变掉的原子、提取时的损失、计数效率和无关事件。

这种方法放弃了单个事件的即时信息，换来长时间的累积计数。被俘获的中微子从哪个方向来、带多少能量，它都测不到。化学提取和计数，和庞大的靶一样，都是探测器的核心。

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校准本身，也是带有假设的测量

研究者用载体物质等办法检验化学回收率，测量计数器效率，还把镓放在强人工中微子源旁照射。源的活度已知，就能一次检验更多环节：中微子产生、俘获、提取和计数。

源实验并不能自动证明所有预测都对，它也有自己的前提。它要用到核俘获截面，也就是作用概率，还要用到源的能量线。后来的重新分析，修改了 GALLEX 的部分效率估计和结果。

这些源测量后来本身成了研究课题。BEST 在 2022 年发表的速率低于对其源的预测，让所谓“镓异常”更加突出。这个 2022 年的结果并不等于确认了惰性中微子，各次校准也并非全都完美吻合。

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能测 pp，不等于每个原子都来自 pp

只要超过阈值，镓也能俘获来自铍、硼、pep 和 CNO 反应的中微子。总速率是加权之和，每种成分的作用概率和到达时的电子味通量都不同。

要单独求出 pp 的贡献，得靠其他测量，或者对其余成分做模型假设。阈值低是很大的优势，可回收的锗原子，没有一个能认定来自太阳内部哪个反应。

镓实验和氯实验、水探测器、SNO、反应堆测量一起，拓宽了太阳中微子的证据。它们要回答：换一个能量窗口、换一种测量技术，难题还在不在？答案帮助把一台探测器的分歧，变成了多个实验都能检验的问题。

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一手来源与修订

1. John Bahcall · Gallium Solar Neutrino Experiments (1997)
2. SAGE Collaboration · Solar neutrino capture rate with gallium metal (1999)
3. GALLEX Collaboration · Solar neutrinos observed at Gran Sasso (1992)
4. Brookhaven National Laboratory · Raymond Davis Jr. and solar neutrinos
5. Kaether et al. · Reanalysis of GALLEX solar and source experiments (2010)
6. GNO Collaboration · Solar Neutrino Observations: GNO I (2000)
7. Brookhaven National Laboratory · Neutrino research and the GALLEX/SNO collaborations
8. Barinov et al. · Results from the Baksan Experiment on Sterile Transitions (2022)
9. Particle Data Group · Neutrino Masses, Mixing, and Oscillations (2024)
10. Bahcall, Gonzalez-Garcia & Peña-Garay · Solar Neutrinos Before and After KamLAND (2003)
11. SNO Collaboration · Direct Evidence for Neutrino Flavor Transformation (2002)

2026-10-09 首发；2026-10-09 最后修订。解释文字与图解由 Sandbox Physics 原创；插图为示意，不复刻实验事件记录。本专题为独立教育内容，并非诺奖机构或实验合作组的官方出版物。