نوترینو چقدر بزرگ است؟

نوترینو ذره‌ای بنیادی است؛ تا جایی که آزمایش‌ها نشان می‌دهند، از چیز کوچک‌تری ساخته نشده است. بار الکتریکی ندارد و جرمش چنان کوچک است که آزمایش‌ها فقط توانسته‌اند حد بالایی برای آن تعیین کنند. هیچ آزمایشی هم اندازه‌ای برای آن اندازه‌گیری نکرده است، پس 1 یوکتومتری که در بالا آمده، اندازه‌گیری نیست. یوکتومتر 10⁻²⁴ متر است، یعنی یک هزار میلیاردم از یک هزار میلیاردم متر.

اندازه

نوترینو سطحی برای اندازه‌گیری ندارد. به جای آن، فیزیک‌دانان بررسی می‌کنند که نوترینوها چگونه از الکترون‌ها پراکنده می‌شوند. نوترینویی که اندازه‌ای داشته باشد و این اندازه با کمیتی به نام شعاع بار توصیف شود، کمی متفاوت از یک نقطه پراکنده می‌شود.

آزمایش TEXONO در تایوان پادنوترینوها، یعنی هم‌تاهای پادماده‌ای نوترینوها، را آشکار کرد که از راکتوری هسته‌ای در فاصلهٔ 28 متری خارج می‌شدند. این ذرات در حد دقت آزمایش، همان‌طور از الکترون‌ها پراکنده شدند که نظریهٔ استاندارد ذرات پیش‌بینی می‌کند. گروه دادهٔ ذرات که اندازه‌گیری‌های ذرات را از سراسر جهان گردآوری می‌کند، این نتیجهٔ سال 2010 را حد خود قرار داده است. این نتیجه معادل شعاع باری کمتر از حدود 1.8 × 10⁻¹⁸ متر، یا پهنایی کمتر از حدود 3.6 × 10⁻¹⁸ متر است.

فیزیک‌دانان دربارهٔ اینکه شعاع بار نوترینو اندازهٔ واقعی آن است یا نه، اتفاق‌نظر ندارند؛ بنابراین بهتر است این عدد را حدی برای چگونگی پراکندگی نوترینوها دانست. عدد 1 یوکتومتر در این سایت بسیار کمتر از این حد است، پس هیچ آزمایشی نمی‌تواند آن را تأیید یا رد کند.

مقایسهٔ اندازه

• پهنای یک پروتون حدود 1.7 فمتومتر (1.7 × 10⁻¹⁵ متر) است و حدود 460 برابر حد بالای نوترینو است.
• پهنای اتم هیدروژن حدود 0.1 نانومتر است و نزدیک به 30 میلیون برابر حد بالاست. نانومتر یک میلیاردم متر است.
• اگر حد بالا به اندازهٔ پهنای یک تار موی انسان، یعنی حدود 0.1 میلی‌متر، بزرگ می‌شد، پهنای یک پروتون حدود 4.6 سانتی‌متر می‌بود. اگر تار موی انسان هم به همان اندازه بزرگ می‌شد، پهنایش حدود 2.8 میلیون کیلومتر می‌بود، یعنی حدود هفت برابر فاصلهٔ زمین تا ماه.
• حد بالا حدود 200 میلیون میلیارد (2 × 10¹⁷) برابر طول پلانک، جسم کوچک‌تر بعدی در این سایت، است.

ذرهٔ شبح

ولفگانگ پائولی در سال 1930 نوترینو را برای توضیح واپاشی بتا مطرح کرد؛ واپاشی بتا نوعی پرتوزایی است که در آن هستهٔ اتم یک الکترون از خود بیرون می‌دهد. به نظر می‌رسید مقداری انرژی گم می‌شود و پائولی گمان کرد که ذره‌ای نادیدنی و بدون بار آن را با خود می‌برد. انریکو فرمی نام «نوترینو» را بر آن گذاشت؛ این واژه در ایتالیایی یعنی «کوچولوی خنثی».

نوترینوها چنان به‌ندرت با ماده واکنش می‌دهند که گمان می‌رفت آشکارسازی‌شان تقریباً ناممکن باشد. فردریک راینس و کلاید کوان از لوس آلاموس سرانجام آن‌ها را در کارخانهٔ ساوانا ریور در کارولینای جنوبی آشکار کردند و از سیل پادنوترینوهایی بهره گرفتند که از راکتور هسته‌ای آنجا می‌آمد. آن‌ها این کشف را در ژوئیهٔ 1956 منتشر کردند و راینس به خاطر آن در جایزهٔ نوبل فیزیک سال 1995 سهیم شد.

همه‌جا حاضر و بسیار سبک

پس از فوتون‌ها، یعنی ذره‌های نور، نوترینوها فراوان‌ترین ذره‌های جهان‌اند. بسیاری از آن‌ها در همجوشی هسته‌ای خورشید پدید می‌آیند. هر ثانیه حدود 66 میلیارد نوترینو از خورشید به هر سانتی‌متر مربع در زمین می‌رسد و تقریباً هیچ چیز جلوی آن‌ها را نمی‌گیرد.

نوترینوها سه نوع دارند: نوترینوهای الکترونی، میونی و تاو. تاکاآکی کاجیتا و آرتور مک‌دونالد برای نشان دادن اینکه نوترینوها هنگام حرکت بین این نوع‌ها تغییر می‌کنند، جایزهٔ نوبل فیزیک سال 2015 را بردند؛ این یعنی نوترینوها باید جرم داشته باشند. در سال 2025، آزمایش KATRIN گزارش کرد که جرم نوترینو کمتر از 0.45 الکترون‌ولت است. الکترون‌ولت یکای انرژی است که فیزیک‌دانان برای جرم هم به کار می‌برند. جرم یک الکترون بیش از یک میلیون برابر این حد است.

منابع

• Measurement of Neutrino-Electron Scattering Cross-Section with a CsI(Tl) Scintillating Crystal Array at the Kuo-Sheng Nuclear Power Reactor. Deniz et al. (TEXONO Collaboration), Physical Review D, 2010.
• Neutrino Properties. Particle Data Group, 2025.
• Summary Tables: Leptons. Particle Data Group, 2025.
• Direct neutrino-mass measurement based on 259 days of KATRIN data. KATRIN Collaboration, Science, 2025.
• The Nobel Prize in Physics 2015: Press release. Royal Swedish Academy of Sciences, 2015.
• The Nobel Prize in Physics 1995: Press release. Royal Swedish Academy of Sciences, 1995.
• A milestone of modern physics: The neutrino turns 70. Los Alamos National Laboratory, 2026.
• Physics. Super-Kamiokande, University of Tokyo.
• SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
• Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
• Bohr radius. NIST CODATA, 2022.
• Electron mass energy equivalent in MeV. NIST CODATA, 2022.
• Planck length. NIST CODATA, 2022.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• Moon Fact Sheet. NASA.