מה הגודל של נייטרינו עתיר אנרגיה?
15 זפטומטרים!
נייטרינו בעל אנרגיה גבוהה הוא נייטרינו הנושא כמות גדולה מאוד של אנרגיה, כמו אלה המגיעים אל כדור הארץ ממעמקי החלל. נייטרינים הם חלקיקים יסודיים ללא מטען חשמלי וכמעט ללא מסה. אף ניסוי לא מדד גודל לנייטרינו, ולכן הנתון המוצג אינו תוצאה של מדידה.
גודל
שורת הגודל מציגה 15 זפטומטרים, כלומר 1.5 × 10−20 מטרים. זפטומטר הוא 10−21 מטרים, אלפית ממיליארדית ממיליארדית המטר. הסימון 10−21 פירושו 1 חלקי 1 ואחריו 21 אפסים. האתר אינו מציין איזו אנרגיה יש לנייטרינו בעל האנרגיה הגבוהה שלו, ואף ניסוי לא מדד גודל לנייטרינים בשום אנרגיה.
לגבי קווארקים, הניסויים לפחות קבעו חסם עליון לגודל. לגבי נייטרינים, הפיזיקאים לא הגיעו להסכמה אפילו על האופן שבו יש להגדיר גודל. קבוצת נתוני החלקיקים (Particle Data Group), האוספת את מדידות החלקיקים בעולם, מפרטת חסמים למאפיין הנקרא רדיוס המטען של הנייטרינו. היא מציינת גם שמשמעותו של המאפיין הזה עדיין שנויה במחלוקת.
מה שידוע היטב הוא עד כמה נדיר שנייטרינים מקיימים אינטראקציה עם כל דבר. נייטרינו מושפע משניים בלבד מארבעת הכוחות היסודיים: הכוח החלש והכבידה. מכיוון שאין לו מטען חשמלי, הכוחות החשמליים והמגנטיים אינם דוחפים או מושכים אותו, והוא אינו מושפע מהכוח החזק הקושר קווארקים.
השוואות גודל
- מלבד הכבידה, נייטרינו יכול להשפיע על חלקיק אחר רק באמצעות הכוח החלש, שטווחו כ-10−18 מטרים. זה פחות מאלפית מרוחבו של פרוטון, שרוחבו כ-1.7 פמטומטרים (1.7 × 10−15 מטרים).
- רוב הנייטרינים עוברים ישר דרך כדור הארץ כולו, שרוחבו 12,742 קילומטרים, בלי להיעצר.
- הסיכוי לפגיעה גדל עם האנרגיה. נייטרינו בעל אנרגיה של 40 TeV (40 טריליון אלקטרון-וולט, כאשר אלקטרון-וולט הוא יחידת אנרגיה זעירה) עובר בממוצע בערך כרוחבו של כדור הארץ לפני שכדור הארץ עוצר אותו.
- כדי לתפוס את הנייטרינים המעטים שכן מקיימים אינטראקציה, גלאי IceCube בקוטב הדרומי עוקב אחר קילומטר מעוקב של קרח, ובו 5,160 חיישני אור התלויים בעומק שבין 1,450 ל-2,450 מטרים מתחת לפני השטח.
נייטרינים מהחלל
בין מאי 2010 למאי 2012 רשם IceCube 28 אירועים בעלי אנרגיה גבוהה, הרבה יותר מכ-11 האירועים שהיו צפויים מחלקיקים שנוצרו באטמוספרה של כדור הארץ. שני האירועים בעלי האנרגיה הגבוהה ביותר נשאו כ-1 PeV כל אחד, כלומר 1,000 TeV. ב-2013 דיווח צוות IceCube עליהם כעל עדות לנייטרינים בעלי אנרגיה גבוהה מהחלל.
ב-13 בפברואר 2023 רשם גלאי ARCA של טלסקופ KM3NeT, בעומק 3,450 מטרים בים התיכון מול חופי סיציליה, נייטרינו שהאנרגיה שלו מוערכת בכ-220 PeV. נכון ל-2026 זהו הנייטרינו בעל האנרגיה הגבוהה ביותר שנצפה אי פעם. החלקיק הבודד הזה נשא בערך אותה אנרגיה כמו כדור טניס שנופל מגובה של 6 סנטימטרים.
מדענים סבורים שנייטרינים כאלה מגיעים מהמקומות האלימים ביותר ביקום, כמו סביבתם של חורים שחורים על-מסיביים וכוכבים מתפוצצים. שם מואצים חלקיקים הנקראים קרניים קוסמיות לאנרגיות עצומות, והם יכולים לייצר נייטרינים.
כיצד לוכדים נייטרינים
נייטרינים הם החלקיק השני בשכיחותו ביקום, אחרי פוטונים, חלקיקי האור. עם זאת, הם מקיימים אינטראקציה בתדירות כה נמוכה, שכדברי ספר הלימוד Astronomy של OpenStax, "כדור הארץ שקוף לנייטרינו יותר מכפי שהלוח הדק והנקי ביותר של זכוכית שקוף לפוטון של אור". לכידתם דורשת גלאים עצומים.
IceCube ו-KM3NeT עוקבים אחר נפחים עצומים של קרח או של מי ים. כשנייטרינו אכן פוגע במשהו, הוא יוצר חלקיקים טעונים חשמלית הפולטים זוהר כחלחל הנקרא אור צ'רנקוב. חיישנים מתעדים את הזוהר, והפיזיקאים משתמשים בו כדי לקבוע את כיוון הנייטרינו ואת האנרגיה שלו.
מקורות
- 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.