מה הגודל של נייטרינו?

נייטרינו הוא חלקיק יסודי, כזה שככל שניסויים יכולים לקבוע אינו מורכב ממשהו קטן יותר. אין לו מטען חשמלי, ומסתו קטנה כל כך שניסויים הצליחו רק לקבוע לה גבול עליון. שום ניסוי גם לא מדד לו גודל, ולכן היוקטומטר האחד שמוצג למעלה אינו מדידה. יוקטומטר הוא 10⁻²⁴ מטרים, טריליונית של טריליונית המטר.

גודל

לנייטרינו אין משטח שאפשר למדוד. במקום זאת פיזיקאים עוקבים אחרי האופן שבו נייטרינו מתפזרים מאלקטרונים. נייטרינו בעל גודל כלשהו, שמתואר בכמות שנקראת רדיוס המטען שלו, היה מתפזר באופן מעט שונה מנקודה.

בניסוי TEXONO בטייוואן נתפסו אנטי-נייטרינו, בני הזוג של הנייטרינו מאנטי-חומר, שזרמו מכור גרעיני במרחק 28 מטרים. האנטי-נייטרינו התפזרו מאלקטרונים כפי שהתיאוריה הסטנדרטית של החלקיקים חוזה, במסגרת הדיוק של הניסוי. קבוצת נתוני החלקיקים, שאוספת מדידות של חלקיקים מכל העולם, משתמשת בתוצאה הזאת מ-2010 כגבול שלה. התוצאה מתאימה לרדיוס מטען הקטן מכ-1.8 × 10⁻¹⁸ מטרים, או לרוחב הקטן מכ-3.6 × 10⁻¹⁸ מטרים.

פיזיקאים חלוקים בשאלה אם רדיוס המטען של נייטרינו הוא גודל אמיתי, ולכן עדיף לקרוא את הערך כגבול על האופן שבו נייטרינו מתפזרים. היוקטומטר האחד שבאתר נמוך בהרבה מהגבול הזה, ולכן שום ניסוי לא יכול לאשר את הערך הזה או לשלול אותו.

השוואות גודל

• פרוטון, שרוחבו כ-1.7 פמטומטרים (1.7 × 10⁻¹⁵ מטרים), רחב בערך פי 460 מהגבול העליון לנייטרינו.
• אטום מימן, שרוחבו כ-0.1 ננומטרים, רחב כמעט פי 30 מיליון מהגבול העליון. ננומטר הוא מיליארדית המטר.
• אילו הגבול העליון הוגדל לגודל של שערת אדם, שרוחבה כ-0.1 מילימטרים, פרוטון היה ברוחב של כ-4.6 סנטימטרים. שערת אדם שהוגדלה באותו יחס הייתה ברוחב של כ-2.8 מיליון קילומטרים, בערך פי שבעה מהמרחק מכדור הארץ אל הירח.
• הגבול העליון גדול פי 200 מיליון מיליארד (2 × 10¹⁷) בקירוב מאורך פלאנק, העצם הקטן יותר הבא בתור באתר.

חלקיק הרפאים

וולפגנג פאולי הציע את קיומו של הנייטרינו ב-1930 כדי להסביר דעיכת בטא, סוג של רדיואקטיביות שבו גרעין אטום פולט אלקטרון. נראה היה שחלק מהאנרגיה נעלם, ופאולי הציע שחלקיק בלתי נראה וחסר מטען נושא אותה. אנריקו פרמי קרא לו נייטרינו, שפירושו באיטלקית "הנייטרלי הקטן".

נייטרינו מגיבים עם חומר לעתים כה נדירות שחשבו שכמעט אי אפשר לתפוס אותם. פרדריק ריינס וקלייד קואן מלוס אלמוס זיהו אותם לבסוף במתקן סוואנה ריבר שבמדינת דרום קרוליינה בארצות הברית, באמצעות שטף האנטי-נייטרינו מהכור הגרעיני שלו. הם פרסמו את התגלית ביולי 1956, וריינס זכה על כך בחלק מפרס נובל לפיזיקה לשנת 1995.

נמצאים בכל מקום, וקלים מאוד

אחרי הפוטונים, חלקיקי האור, הנייטרינו הם החלקיקים הנפוצים ביותר ביקום. רבים מהם נוצרים בהיתוך גרעיני בשמש. כ-66 מיליארד נייטרינו מהשמש מגיעים בכל שנייה אל כל סנטימטר רבוע בכדור הארץ, וכמעט דבר אינו עוצר אותם.

יש שלושה סוגי נייטרינו: אלקטרוני, מיואוני וטאוני. טקאאקי קג'יטה וארתור מקדונלד זכו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2015 על כך שהראו שנייטרינו מחליפים סוג תוך כדי תנועתם, ומכאן שחייבת להיות להם מסה. ב-2025 דווח בניסוי KATRIN שמסת הנייטרינו קטנה מ-0.45 אלקטרון-וולט, יחידת אנרגיה שפיזיקאים משתמשים בה גם למסה. מסתו של אלקטרון גדולה יותר מפי מיליון ממסת הנייטרינו.

מקורות

• 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.