ما حجم نيوترينو؟

النيوترينو جسيم أولي، أي إنه غير مكوَّن من شيء أصغر منه بقدر ما تكشفه التجارب. وليست له شحنة كهربائية، وكتلته صغيرة إلى حد أن التجارب لم تضع لها إلا حدًا أعلى. ولم تقس أي تجربة له حجمًا كذلك، ولذلك فإن القيمة المعروضة أعلاه، وهي 1 يوكتومتر، ليست قياسًا. واليوكتومتر يساوي 10⁻²⁴ متر، أي جزءًا من تريليون من جزء من تريليون من المتر.

الحجم

ليس للنيوترينو سطح يمكن قياسه. وبدلًا من ذلك يراقب الفيزيائيون كيف تستطير النيوترينوات عند اصطدامها بالإلكترونات. فالنيوترينو الذي له حجم، ويوصف بكمية تسمى نصف قطر الشحنة، سيستطير على نحو يختلف قليلًا عن استطارة جسيم نقطي.

رصدت تجربة تيكسونو (TEXONO) في تايوان مضادات نيوترينو، وهي نظائر النيوترينوات من المادة المضادة، تتدفق من مفاعل نووي على بعد 28 مترًا. وقد استطارت عن الإلكترونات كما يتنبأ النموذج المعياري للجسيمات، ضمن دقة التجربة. وتعتمد مجموعة بيانات الجسيمات، التي تجمع قياسات الجسيمات من أنحاء العالم، نتيجة عام 2010 هذه حدًا لها. ويقابل هذا الحد نصف قطر شحنة أقل من نحو 1.8 × 10⁻¹⁸ متر، أو عرضًا أقل من نحو 3.6 × 10⁻¹⁸ متر.

يختلف الفيزيائيون في ما إذا كان نصف قطر شحنة النيوترينو حجمًا حقيقيًا، ولذلك يُفضَّل أن تُقرأ هذه القيمة بوصفها حدًا لكيفية استطارة النيوترينوات. أما القيمة 1 يوكتومتر التي يعرضها المستكشف فهي أقل بكثير من هذا الحد، ولذلك لا تستطيع أي تجربة تأكيدها أو استبعادها.

مقارنات الحجم

يبلغ عرض بروتون نحو 1.7 فمتومتر (1.7 × 10⁻¹⁵ متر)، أي نحو 460 ضعف الحد الأعلى لعرض النيوترينو.
يبلغ عرض ذرة هيدروجين نحو 0.1 نانومتر، أي ما يقارب 30 مليون ضعف الحد الأعلى. والنانومتر جزء من مليار من المتر.
لو جرى تكبير الحد الأعلى إلى عرض شعرة الإنسان، أي نحو 0.1 مليمتر، لبلغ عرض البروتون نحو 4.6 سنتيمتر. ولو جرى تكبير شعرة الإنسان بالمقدار نفسه لبلغ عرضها نحو 2.8 مليون كيلومتر، أي نحو سبعة أضعاف المسافة بين الأرض والقمر.
يبلغ الحد الأعلى نحو 200 مليون مليار (2 × 10¹⁷) ضعف طول بلانك، وهو الجسم الأصغر مباشرةً في المستكشف.

الجسيم الشبح

اقترح فولفغانغ باولي وجود النيوترينو عام 1930 لتفسير اضمحلال بيتا، وهو نوع من النشاط الإشعاعي تطلق فيه نواة الذرة إلكترونًا. بدا أن بعض الطاقة يضيع، فافترض باولي أن جسيمًا غير مرئي بلا شحنة حملها بعيدًا. وسمّاه إنريكو فيرمي النيوترينو، وهي كلمة إيطالية معناها «الصغير المحايد».

تتفاعل النيوترينوات مع المادة نادرًا إلى حد أنه ظُن أن رصدها شبه مستحيل. وأخيرًا رصد فريدريك راينس وكلايد كوان من لوس ألاموس هذه الجسيمات في محطة نهر سافانا في ولاية كارولاينا الجنوبية الأمريكية، مستفيدين من سيل مضادات النيوترينو المنبعث من مفاعلها النووي. ونشرا الاكتشاف في يوليو 1956، وتقاسم راينس جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1995 عنه.

في كل مكان، وبكتلة ضئيلة جدًا

بعد الفوتونات، وهي جسيمات الضوء، تُعد النيوترينوات أكثر الجسيمات شيوعًا في الكون. ويتكوّن كثير منها بالاندماج النووي في الشمس. ويصل نحو 66 مليار نيوترينو من الشمس إلى كل سنتيمتر مربع على الأرض في كل ثانية، ولا يكاد شيء يوقفها.

للنيوترينوات ثلاثة أنواع: النيوترينو الإلكتروني والميوني والتاوي. فاز تاكاآكي كاجيتا وآرثر ماكدونالد بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2015 لإثباتهما أن النيوترينوات تتحول بين الأنواع أثناء انتقالها، وهذا يعني أن لها كتلة بالضرورة. وفي عام 2025 أفادت تجربة كاترين (KATRIN) بأن كتلة النيوترينو أقل من 0.45 إلكترون فولت، وهو وحدة للطاقة يستخدمها الفيزيائيون للكتلة أيضًا. وكتلة الإلكترون تعادل أكثر من مليون ضعف هذه القيمة.