النيوترينو عالي الطاقة هو نيوترينو يحمل قدرًا كبيرًا جدًا من الطاقة، مثل النيوترينوات التي تصل إلى الأرض من أعماق الفضاء. والنيوترينوات جسيمات أولية بلا شحنة كهربائية وتكاد تنعدم كتلتها. ولم تتوصل أي تجربة إلى قياس حجم للنيوترينو، لذلك فالرقم المعروض ليس قياسًا.
الحجم
يعرض سطر الحجم 15 زيبتومترًا، أي 1.5 × 10−20 متر. والزيبتومتر يساوي 10−21 متر، أي جزء من ألف من جزء من مليار من جزء من مليار من المتر. ويعني الرمز 10−21 قسمة 1 على عدد يتألف من 1 يليه 21 صفرًا. ولا يذكر المستكشف مقدار الطاقة التي يحملها النيوترينو عالي الطاقة فيه، ولم تتوصل أي تجربة إلى قياس حجم نيوترينوات بأي مقدار من الطاقة.
في حالة الكواركات، وضعت التجارب على الأقل حدًّا أعلى للحجم. أما في حالة النيوترينوات، فلم يتفق الفيزيائيون حتى على كيفية تعريف الحجم. وتورد مجموعة بيانات الجسيمات (Particle Data Group)، التي تجمع قياسات الجسيمات في العالم، حدودًا لكمية تسمى نصف قطر شحنة النيوترينو. وتذكر أيضًا أن معنى هذه الكمية لا يزال موضع خلاف.
المعروف جيدًا هو مدى ندرة تفاعل النيوترينوات مع أي شيء. فالنيوترينو يتأثر بقوتين فقط من القوى الأساسية الأربع، هما القوة الضعيفة والجاذبية. ولأنه بلا شحنة كهربائية، لا تدفعه القوى الكهربائية والمغناطيسية ولا تجذبه، ولا يتأثر بالقوة الشديدة التي تربط الكواركات.
مقارنات الحجم
- باستثناء الجاذبية، لا يستطيع النيوترينو التأثير في جسيم آخر إلا بواسطة القوة الضعيفة، التي يصل مداها إلى نحو 10−18 متر. وهذا أقل من جزء من ألف من عرض البروتون، الذي يبلغ عرضه نحو 1.7 فمتومتر (1.7 × 10−15 متر).
- تخترق معظم النيوترينوات الأرض كلها، وقطرها 12,742 كيلومترًا، دون أن يوقفها شيء.
- يزداد احتمال حدوث تصادم كلما زادت الطاقة. فالنيوترينو الذي تبلغ طاقته 40 تيرا إلكترون فولت (40 تريليون إلكترون فولت، والإلكترون فولت وحدة صغيرة جدًا للطاقة) يقطع في المتوسط مسافة تقارب عرض الأرض قبل أن توقفه الأرض.
- ولرصد القلة من النيوترينوات التي تتفاعل فعلًا، يراقب كاشف آيس كيوب (IceCube) في القطب الجنوبي كيلومترًا مكعبًا واحدًا من الجليد، يتدلى فيه 5,160 مستشعرًا ضوئيًا على أعماق تتراوح بين 1,450 و2,450 مترًا تحت السطح.
نيوترينوات من الفضاء
بين مايو 2010 ومايو 2012، سجّل آيس كيوب 28 حدثًا عالي الطاقة، وهو أكثر بكثير من نحو 11 حدثًا كان متوقعًا من جسيمات تنشأ في الغلاف الجوي للأرض. وحمل الحدثان الأعلى طاقة نحو 1 بيتا إلكترون فولت لكل منهما، أي 1,000 تيرا إلكترون فولت. وفي عام 2013 أفاد فريق آيس كيوب بأن هذه الأحداث دليل على وجود نيوترينوات عالية الطاقة قادمة من الفضاء.
في 13 فبراير 2023، سجّل كاشف ARCA التابع لتلسكوب KM3NeT، على عمق 3,450 مترًا في البحر الأبيض المتوسط قبالة صقلية، نيوترينو تُقدَّر طاقته بنحو 220 بيتا إلكترون فولت. وحتى عام 2026 يُعد أعلى نيوترينو طاقةً رُصد على الإطلاق. وحمل هذا الجسيم الواحد طاقة تعادل تقريبًا طاقة كرة تنس سقطت من ارتفاع 6 سنتيمترات.
يرى العلماء أن هذه النيوترينوات تأتي من أعنف الأماكن في الكون، مثل محيط الثقوب السوداء فائقة الكتلة والنجوم المنفجرة. وهناك تُسرَّع جسيمات تسمى الأشعة الكونية إلى طاقات هائلة، ويمكن أن تنتج نيوترينوات.
كيف تُلتقط النيوترينوات
النيوترينوات ثاني أكثر الجسيمات شيوعًا في الكون بعد الفوتونات، وهي جسيمات الضوء. لكنها تتفاعل نادرًا إلى حد أنه، بحسب عبارة الكتاب الدراسي Astronomy الصادر عن OpenStax، «الأرض أكثر شفافية بالنسبة إلى النيوترينو من أرق لوح زجاجي وأنقاه بالنسبة إلى فوتون من الضوء». ولذلك يتطلب التقاطها كواشف ضخمة.
يراقب كل من آيس كيوب وKM3NeT أحجامًا ضخمة من الجليد أو ماء البحر. وحين يصطدم نيوترينو بشيء فعلًا، ينتج جسيمات مشحونة كهربائيًا تطلق وهجًا مائلًا إلى الزرقة يسمى ضوء تشيرينكوف. وتسجّل المستشعرات هذا الوهج، ويستخدمه الفيزيائيون لاستنتاج اتجاه النيوترينو وطاقته.
المصادر
- KM3NeT detects the highest energy neutrino ever observed. KM3NeT Collaboration, 2025.
- Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector. M. G. Aartsen et al. (IceCube Collaboration), Science, 2013.
- Measurement of the multi-TeV neutrino cross section with IceCube using Earth absorption. M. G. Aartsen et al. (IceCube Collaboration), Nature, 2017.
- IceCube Detector. IceCube Neutrino Observatory, University of Wisconsin–Madison.
- Neutrino Properties. Particle Data Group, 2025.
- Limits on the effective quark radius from inclusive ep scattering at HERA. H. Abramowicz et al. (ZEUS Collaboration), Physics Letters B, 2016.
- The Standard Model. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
- Mass, Energy, and the Theory of Relativity. In Astronomy, 2nd edition. OpenStax, 2022.
- The Z boson. CERN.
- SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
- Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
- Electron volt. NIST CODATA, 2022.
- Standard acceleration of gravity. NIST CODATA, 2022.
- Rules of Tennis 2026. International Tennis Federation, 2026.
- Earth Fact Sheet. NASA, 2024.