How big is Yüksek Enerjili Nötrino?

Yüksek enerjili nötrino, derin uzaydan Dünya’ya ulaşanlar gibi çok büyük miktarda enerji taşıyan bir nötrinodur. Nötrinolar, elektrik yükü olmayan ve neredeyse kütlesiz temel parçacıklardır. Hiçbir deney bir nötrino için büyüklük ölçmediğinden, gösterilen değer bir ölçüm değildir.

Boyut

Boyut satırında 15 zeptometre, yani 1,5 × 10⁻²⁰ metre yazıyor. Bir zeptometre 10⁻²¹ metredir; yani bir metrenin milyarda birinin milyarda birinin binde biri. 10⁻²¹ gösterimi, 1’in 1 ve ardından 21 sıfır gelen sayıya bölünmesi anlamına gelir. Bu site, yüksek enerjili nötrinosunun enerjisinin ne kadar olduğunu söylemiyor; hiçbir deney de herhangi bir enerjideki nötrinolar için büyüklük ölçmedi.

Kuarklar için deneyler en azından büyüklüğe bir üst sınır koydu. Nötrinolar için ise fizikçiler bir büyüklüğün nasıl tanımlanması gerektiği konusunda bile henüz anlaşmış değil. Dünya genelindeki parçacık ölçümlerini toplayan Parçacık Veri Grubu, nötrino yük yarıçapı denen bir nicelik için sınırlar listeliyor. Bu niceliğin anlamının hâlâ tartışmalı olduğunu da belirtiyor.

İyi bilinen şey, nötrinoların başka şeylerle ne kadar seyrek etkileşime girdiğidir. Bir nötrino dört temel kuvvetten yalnızca ikisini hisseder: zayıf kuvveti ve kütle çekimini. Elektrik yükü olmadığı için elektrik ve manyetik kuvvetler onu itmez ya da çekmez, kuarkları bir arada tutan güçlü kuvveti de hissetmez.

Boyut karşılaştırmaları

Kütle çekimi dışında bir nötrino, başka bir parçacığı yalnızca zayıf kuvvet aracılığıyla etkileyebilir; bu kuvvetin menzili yaklaşık 10⁻¹⁸ metredir. Bu menzil, bir protonun genişliğinin binde birinden azdır; bir protonun çapı yaklaşık 1,7 femtometredir (1,7 × 10⁻¹⁵ metre).
Nötrinoların çoğu, 12.742 kilometre çapındaki Dünya’nın tamamının içinden durdurulmadan düz geçer.
Çarpma olasılığı enerjiyle artar. Enerjisi 40 TeV (40 trilyon elektronvolt; elektronvolt çok küçük bir enerji birimidir) olan bir nötrino, Dünya onu durdurmadan önce ortalama olarak yaklaşık Dünya’nın genişliği kadar yol alır.
Etkileşime giren az sayıdaki nötrinoyu yakalamak için Güney Kutbu’ndaki IceCube dedektörü bir kilometreküp buzu izliyor; yüzeyin 1.450 ile 2.450 metre altına 5.160 ışık sensörü asılmış.

Uzaydan gelen nötrinolar

Mayıs 2010 ile Mayıs 2012 arasında IceCube 28 yüksek enerjili olay kaydetti; bu, Dünya’nın atmosferinde oluşan parçacıklardan beklenen yaklaşık 11 olaydan çok daha fazlaydı. En yüksek enerjili ikisi de yaklaşık 1 PeV, yani 1.000 TeV taşıyordu. IceCube ekibi 2013’te bunları uzaydan gelen yüksek enerjili nötrinoların kanıtı olarak bildirdi.

13 Şubat 2023’te KM3NeT teleskobunun, Akdeniz’de Sicilya açıklarında 3.450 metre derinlikte bulunan ARCA dedektörü, enerjisinin yaklaşık 220 PeV olduğu tahmin edilen bir nötrino kaydetti. 2026 itibarıyla bu, şimdiye kadar gözlenen en yüksek enerjili nötrinodur. Bu tek parçacık, kabaca 6 santimetre yükseklikten bırakılan bir tenis topunun taşıdığı enerji kadar enerji taşıyordu.

Bilim insanları bu tür nötrinoların evrenin en şiddetli yerlerinden, örneğin süper kütleli kara deliklerin ve patlayan yıldızların çevresinden geldiğini düşünüyor. Orada kozmik ışın denen parçacıklar muazzam enerjilere hızlandırılır ve nötrino üretebilir.

Nötrinolar nasıl yakalanır

Nötrinolar, ışığın parçacıkları olan fotonlardan sonra evrendeki ikinci en yaygın parçacıktır. Ama o kadar seyrek etkileşime girerler ki, OpenStax’in Astronomy ders kitabının ifadesiyle “Dünya, bir nötrino için, en ince ve en temiz cam levhanın bir ışık fotonu için olduğundan daha saydamdır.” Onları yakalamak için dev dedektörler gerekir.

IceCube ve KM3NeT çok büyük hacimlerdeki buzu ya da deniz suyunu izler. Bir nötrino gerçekten bir şeye çarptığında elektrik yüklü parçacıklar üretir; bunlar da Çerenkov ışığı denen mavimsi bir parıltı yayar. Sensörler bu parıltıyı kaydeder; fizikçiler de parıltıdan nötrinonun yönünü ve enerjisini çıkarır.