How big is Neutrino?

Een neutrino is een elementair deeltje, een deeltje dat voor zover experimenten kunnen nagaan niet uit iets kleiners bestaat. Het heeft geen elektrische lading en een massa die zo klein is dat experimenten er alleen een bovengrens voor hebben vastgesteld. Geen enkel experiment heeft er ook een grootte voor gemeten, dus de 1 yoctometer hierboven is geen meting. Een yoctometer is 10⁻²⁴ meter, een biljoenste van een biljoenste van een meter.

Grootte

Een neutrino heeft geen oppervlak dat te meten is. In plaats daarvan bekijken natuurkundigen hoe neutrino's aan elektronen verstrooid worden. Een neutrino met enige grootte, beschreven door een grootheid die de ladingsstraal heet, zou iets anders verstrooid worden dan een punt.

Het TEXONO-experiment in Taiwan ving antineutrino's op, de antimateriepartners van neutrino's. Ze stroomden uit een kernreactor op 28 meter afstand. De antineutrino's werden aan elektronen verstrooid zoals het standaardmodel van de deeltjesfysica voorspelt, binnen de nauwkeurigheid van het experiment. De Particle Data Group, die deeltjesmetingen van over de hele wereld verzamelt, gebruikt dit resultaat uit 2010 als grens. Die grens komt overeen met een ladingsstraal van minder dan ongeveer 1,8 × 10⁻¹⁸ meter, of een breedte van minder dan ongeveer 3,6 × 10⁻¹⁸ meter.

Natuurkundigen zijn het er niet over eens of de ladingsstraal van een neutrino een echte grootte is, dus de waarde kan het best worden gelezen als een grens voor hoe neutrino's verstrooid worden. De 1 yoctometer in de verkenner ligt er ver onder, dus geen enkel experiment kan die waarde bevestigen of uitsluiten.

Groottevergelijkingen

Een proton, ongeveer 1,7 femtometer (1,7 × 10⁻¹⁵ meter) breed, is ongeveer 460 keer zo breed als de bovengrens voor een neutrino.
Een waterstofatoom, ongeveer 0,1 nanometer breed, is bijna 30 miljoen keer zo breed als de bovengrens. Een nanometer is een miljardste van een meter.
Als de bovengrens werd vergroot tot de breedte van een mensenhaar, ongeveer 0,1 millimeter, zou een proton ongeveer 4,6 centimeter breed zijn. Een mensenhaar dat met dezelfde factor werd vergroot, zou ongeveer 2,8 miljoen kilometer breed zijn, ongeveer zeven keer de afstand van de Aarde tot de Maan.
De bovengrens is ongeveer 200 miljoen miljard (2 × 10¹⁷) keer de Plancklengte, het eerstvolgende kleinere object in de verkenner.

Het spookdeeltje

Wolfgang Pauli stelde het neutrino in 1930 voor om bètaverval te verklaren, een soort radioactiviteit waarbij een atoomkern een elektron afgeeft. Er leek wat energie zoek te raken, en Pauli opperde dat een onzichtbaar deeltje zonder lading de energie had meegenomen. Enrico Fermi gaf het de naam neutrino, Italiaans voor “het kleine neutrale”.

Neutrino's reageren zo zelden met materie dat het bijna onmogelijk leek om ze te vangen. Frederick Reines en Clyde Cowan van Los Alamos wisten ze uiteindelijk toch op te sporen bij de Savannah River Plant in de Amerikaanse staat South Carolina, met behulp van de vloed aan antineutrino's uit de kernreactor daar. De twee publiceerden de ontdekking in juli 1956, en Reines deelde er in 1995 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor.

Overal, en heel licht

Na fotonen, de deeltjes van licht, zijn neutrino's de meest voorkomende deeltjes in het heelal. Veel neutrino's ontstaan door kernfusie in de Zon. Ongeveer 66 miljard neutrino's van de Zon bereiken elke seconde elke vierkante centimeter op de Aarde, en nauwelijks iets houdt ze tegen.

Neutrino's komen in drie soorten voor: elektron-, muon- en tauneutrino's. Takaaki Kajita en Arthur McDonald wonnen in 2015 de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor het aantonen dat neutrino's tijdens hun reis van soort wisselen, wat betekent dat ze massa moeten hebben. In 2025 meldde het KATRIN-experiment dat de massa van het neutrino minder dan 0,45 elektronvolt is, een eenheid van energie die natuurkundigen ook voor massa gebruiken. Een elektron heeft meer dan een miljoen keer zoveel massa als een neutrino.