How big is Neutrin de înaltă energie?

Un neutrin de înaltă energie este un neutrin care poartă o cantitate foarte mare de energie, ca aceia care ajung pe Pământ din spațiul cosmic îndepărtat. Neutrinii sunt particule elementare fără sarcină electrică și aproape fără masă. Niciun experiment nu a măsurat o dimensiune pentru un neutrin, așa că valoarea afișată nu este o măsurătoare.

Dimensiune

Linia de dimensiune indică 15 zeptometri, adică 1,5 × 10⁻²⁰ metri. Un zeptometru este 10⁻²¹ metri, adică o miime dintr-o miliardime dintr-o miliardime de metru. Notația 10⁻²¹ înseamnă 1 împărțit la un 1 urmat de 21 de zerouri. Exploratorul nu spune ce energie are neutrinul său de înaltă energie, iar niciun experiment nu a măsurat o dimensiune pentru neutrini de nicio energie.

Pentru quarci, experimentele au stabilit cel puțin o limită superioară pentru dimensiune. Pentru neutrini, fizicienii nu au căzut de acord nici măcar asupra felului în care ar trebui definită o dimensiune. Particle Data Group, care adună măsurătorile particulelor din întreaga lume, enumeră limite pentru o mărime numită raza de sarcină a neutrinului. Particle Data Group notează totodată că sensul acestei mărimi este încă disputat.

Ceea ce se știe bine este cât de rar interacționează neutrinii cu orice. Un neutrin simte doar două dintre cele patru forțe fundamentale, forța slabă și gravitația. Fiind fără sarcină electrică, nu este împins și nici tras de forțele electrice și magnetice și nu simte forța tare care leagă quarcii.

Comparații de dimensiune

În afară de gravitație, un neutrin poate influența o altă particulă doar prin forța slabă, care are o rază de acțiune de aproximativ 10⁻¹⁸ metri. Această distanță este mai mică de o miime din lățimea unui proton, care are un diametru de aproximativ 1,7 femtometri (1,7 × 10⁻¹⁵ metri).
Majoritatea neutrinilor trec direct prin tot Pământul, care are 12.742 de kilometri în diametru, fără să fie opriți.
Șansa unei interacțiuni crește odată cu energia. Un neutrin cu o energie de 40 TeV (40 de mii de miliarde de electronvolți, unde un electronvolt este o unitate foarte mică de energie) parcurge în medie aproximativ lățimea Pământului înainte să fie oprit de Pământ.
Pentru a prinde puținii neutrini care interacționează totuși, detectorul IceCube de la Polul Sud urmărește un kilometru cub de gheață, cu 5.160 de senzori de lumină atârnați între 1.450 și 2.450 de metri sub suprafață.

Neutrini din spațiul cosmic

Între mai 2010 și mai 2012, IceCube a înregistrat 28 de evenimente de înaltă energie, cu mult mai multe decât cele aproximativ 11 așteptate de la particulele produse în atmosfera Pământului. Cele mai energetice două evenimente au avut aproximativ 1 PeV fiecare, adică 1.000 TeV. În 2013, echipa IceCube le-a raportat ca dovadă a existenței neutrinilor de înaltă energie din spațiul cosmic.

Pe 13 februarie 2023, detectorul ARCA al telescopului KM3NeT, aflat la 3.450 de metri adâncime în Marea Mediterană, în largul Siciliei, a înregistrat un neutrin cu o energie estimată la aproximativ 220 PeV. În 2026, este cel mai energetic neutrin observat vreodată. Această singură particulă purta aproximativ la fel de multă energie ca o minge de tenis lăsată să cadă de la o înălțime de 6 centimetri.

Oamenii de știință cred că astfel de neutrini provin din cele mai violente locuri din univers, precum împrejurimile găurilor negre supermasive și ale stelelor care explodează. Acolo, particulele numite raze cosmice sunt accelerate la energii enorme și pot produce neutrini.

Cum sunt prinși neutrinii

Neutrinii sunt a doua cea mai răspândită particulă din univers, după fotoni, particulele de lumină. Totuși, ei interacționează atât de rar încât, în cuvintele manualului OpenStax Astronomy, „Pământul este mai transparent pentru un neutrin decât cel mai subțire și mai curat geam pentru un foton de lumină.” Prinderea lor necesită detectoare uriașe.

IceCube și KM3NeT urmăresc volume uriașe de gheață sau de apă de mare. Când un neutrin lovește totuși ceva, el produce particule încărcate electric care emit o strălucire albăstruie numită lumină Cerenkov. Senzorii înregistrează strălucirea, iar fizicienii o folosesc pentru a determina direcția și energia neutrinului.