How big is Neutrino?

En neutrino är en elementarpartikel, en partikel som såvitt experiment kan avgöra inte består av något mindre. Den saknar elektrisk laddning och har en så liten massa att experiment bara har kunnat ange en övre gräns för den. Inget experiment har heller mätt någon storlek för den, så värdet 1 yoctometer som visas ovan är inte en mätning. En yoctometer är 10⁻²⁴ meter, en biljondel av en biljondel av en meter.

Storlek

En neutrino har ingen yta som går att mäta. I stället studerar fysiker hur neutriner sprids mot elektroner. En neutrino med viss storlek, beskriven av en storhet som kallas neutrinons laddningsradie, skulle spridas något annorlunda än en punkt.

Experimentet TEXONO i Taiwan fångade antineutriner, neutrinernas partner av antimateria, som strömmade från en kärnreaktor 28 meter bort. De spreds mot elektroner så som partikelfysikens standardteori förutsäger, inom experimentets precision. Particle Data Group, som samlar partikelmätningar från hela världen, använder detta resultat från 2010 som sin gräns. Gränsen motsvarar en laddningsradie på mindre än ungefär 1,8 × 10⁻¹⁸ meter, eller en bredd på mindre än ungefär 3,6 × 10⁻¹⁸ meter.

Fysiker är oense om huruvida en neutrinos laddningsradie är en verklig storlek, så siffran läses bäst som en gräns för hur neutriner sprids. Värdet 1 yoctometer som utforskaren visar ligger långt under den gränsen, så inget experiment kan bekräfta eller utesluta det värdet.

Storleksjämförelser

En proton, ungefär 1,7 femtometer (1,7 × 10⁻¹⁵ meter) i diameter, är ungefär 460 gånger så bred som den övre gränsen för en neutrino.
En väteatom, ungefär 0,1 nanometer i diameter, är nästan 30 miljoner gånger så bred som den övre gränsen. En nanometer är en miljarddel av en meter.
Om den övre gränsen förstorades till bredden av ett människohår, ungefär 0,1 millimeter, skulle en proton vara ungefär 4,6 centimeter i diameter. Ett människohår som förstorats lika mycket skulle vara ungefär 2,8 miljoner kilometer brett, ungefär sju gånger avståndet mellan jorden och månen.
Den övre gränsen är ungefär 200 miljoner miljarder (2 × 10¹⁷) gånger Plancklängden, nästa mindre objekt i utforskaren.

Spökpartikeln

Wolfgang Pauli föreslog neutrinon 1930 för att förklara betasönderfall, en sorts radioaktivitet där en atomkärna avger en elektron. En del energi tycktes saknas, och Pauli föreslog att en osynlig partikel utan laddning förde bort energin. Enrico Fermi gav partikeln namnet neutrino, italienska för ”den lilla neutrala”.

Neutriner reagerar så sällan med materia att de ansågs nästan omöjliga att fånga. Frederick Reines och Clyde Cowan vid Los Alamos upptäckte dem till slut vid Savannah River Plant i den amerikanska delstaten South Carolina, med hjälp av den flod av antineutriner som kom från anläggningens kärnreaktor. De publicerade upptäckten i juli 1956, och Reines delade 1995 års Nobelpris i fysik för upptäckten.

Överallt, och mycket lätta

Efter fotoner, ljusets partiklar, är neutriner de vanligaste partiklarna i universum. Många bildas genom kärnfusion i solen. Ungefär 66 miljarder neutriner från solen når varje kvadratcentimeter vid jorden varje sekund, och nästan ingenting stoppar dem.

Neutriner finns i tre typer: elektron-, myon- och tauneutriner. Takaaki Kajita och Arthur McDonald vann 2015 års Nobelpris i fysik för att ha visat att neutriner byter typ medan de färdas, vilket betyder att de måste ha massa. År 2025 rapporterade experimentet KATRIN att neutrinons massa är mindre än 0,45 elektronvolt, en energienhet som fysiker också använder för massa. En elektron har mer än en miljon gånger så stor massa som neutrinon.