How big is Kõrge energiaga neutriino?

Kõrge energiaga neutriino on neutriino, mille energia on väga suur, nagu neil, mis jõuavad Maale sügavast kosmosest. Neutriinod on elementaarosakesed, millel pole elektrilaengut ja millel on peaaegu olematu mass. Ükski katse pole neutriino suurust mõõtnud, seega pole näidatud arv mõõtetulemus.

Suurus

Saidil on suuruseks antud 15 zeptomeetrit ehk 1,5 × 10⁻²⁰ meetrit. Zeptomeeter on 10⁻²¹ meetrit ehk meetri miljardiku miljardiku tuhandik. Märge 10⁻²¹ tähendab 1 jagatud arvuga, mis koosneb ühest ja sellele järgnevast 21 nullist. Sait ei ütle, kui suur on selle kõrge energiaga neutriino energia, ja ükski katse pole mõõtnud neutriinode suurust ühegi energia korral.

Kvarkide puhul on katsetega vähemalt suuruse ülempiir seatud. Neutriinode puhul pole füüsikud isegi kokku leppinud, kuidas suurust määratleda. Particle Data Group, mis koondab maailma osakestemõõtmisi, loetleb piirväärtusi näitajale, mida nimetatakse neutriino laenguraadiuseks. Samuti märgitakse, et selle näitaja tähendus on endiselt vaieldav.

Hästi on teada, kui harva neutriinod millegagi vastastikku mõjuvad. Neutriino tunneb vaid kahte neljast põhijõust: nõrka vastastikmõju ja gravitatsiooni. Et sellel pole elektrilaengut, ei tõmba ega tõuka seda elektri- ja magnetjõud ning see ei tunne tugevat vastastikmõju, mis seob kvarke.

Suuruste võrdlused

Peale gravitatsiooni saab neutriino teist osakest mõjutada vaid nõrga vastastikmõju kaudu, mille ulatus on umbes 10⁻¹⁸ meetrit. See on vähem kui tuhandik prootoni laiusest; prootoni läbimõõt on umbes 1,7 femtomeetrit (1,7 × 10⁻¹⁵ meetrit).
Enamik neutriinosid läbib kogu Maa, mille läbimõõt on 12 742 kilomeetrit, otse ja ilma peatumata.
Kokkupõrke tõenäosus kasvab energiaga. Neutriino, mille energia on 40 TeV (40 triljonit elektronvolti; elektronvolt on pisike energiaühik), läbib keskmiselt umbes Maa laiuse, enne kui Maa selle peatab.
Et tabada vähesed neutriinod, mis siiski vastastikku mõjuvad, jälgib Lõunapoolusel asuv IceCube'i detektor kuupkilomeetrit jääd, kus pinnast 1 450–2 450 meetri sügavusel on 5 160 valgusandurit.

Neutriinod kosmosest

2010. aasta maist kuni 2012. aasta maini registreeris IceCube 28 kõrge energiaga sündmust, palju rohkem kui umbes 11, mida oodati Maa atmosfääris tekkinud osakestelt. Kaks suurima energiaga sündmust kandsid kumbki umbes 1 PeV ehk 1 000 TeV. 2013. aastal teatas IceCube'i meeskond neist kui tõendist kõrge energiaga neutriinode kohta kosmosest.

13. veebruaril 2023 registreeris KM3NeT-i teleskoobi ARCA detektor, mis asub Sitsiilia lähedal Vahemeres 3 450 meetri sügavusel, neutriino, mille energiaks hinnati umbes 220 PeV. 2026. aasta seisuga on see kõige suurema energiaga seni täheldatud neutriino. See üksik osake kandis ligikaudu sama palju energiat kui 6 sentimeetri kõrguselt kukkunud tennisepall.

Teadlased arvavad, et sellised neutriinod pärinevad universumi kõige ägedamatest paikadest, näiteks ülimassiivsete mustade aukude ümbrusest ja plahvatavatest tähtedest. Seal kiirendatakse osakesi, mida nimetatakse kosmilisteks kiirteks, tohutu suure energiani ja need võivad tekitada neutriinosid.

Kuidas neutriinosid püütakse

Neutriinod on universumis footonite, valgusosakeste, järel teisel kohal levinuimate osakeste seas. Siiski mõjuvad nad vastastikku nii harva, et OpenStaxi õpiku Astronomy sõnul „Maa on neutriinole läbipaistvam kui kõige õhem ja puhtam klaasplaat valguse footonile“. Nende püüdmiseks on vaja tohutuid detektoreid.

IceCube ja KM3NeT jälgivad tohutuid jää- või merevee mahtusid. Kui neutriino siiski millegi vastu põrkab, tekitab see elektriliselt laetud osakesi, mis kiirgavad sinakat helki, mida nimetatakse Tšerenkovi kiirguseks. Andurid registreerivad helgi ja füüsikud arvutavad selle põhjal välja neutriino suuna ja energia.