How big is Nötrino?

Nötrino bir temel parçacıktır; deneylerin görebildiği kadarıyla daha küçük hiçbir şeyden oluşmaz. Elektrik yükü yoktur ve kütlesi o kadar küçüktür ki deneyler kütlesi için yalnızca bir üst sınır koyabilmiştir. Hiçbir deney nötrinonun bir büyüklüğünü de ölçmemiştir; bu yüzden yukarıda gösterilen 1 yoktometre bir ölçüm değildir. Yoktometre 10⁻²⁴ metredir, yani bir metrenin trilyonda birinin trilyonda biridir.

Boyut

Bir nötrinonun ölçülecek bir yüzeyi yoktur. Bunun yerine fizikçiler nötrinoların elektronlardan nasıl saçıldığını izler. Bir büyüklüğü olan, yani yük yarıçapı denen bir nicelikle tanımlanan bir nötrino, bir noktadan biraz farklı saçılırdı.

Tayvan’daki TEXONO deneyi, 28 metre uzaktaki bir nükleer reaktörden akan antinötrinoları, yani nötrinoların antimadde eşlerini yakaladı. Bu antinötrinolar, deneyin duyarlığı içinde, standart parçacık kuramının öngördüğü gibi elektronlardan saçıldı. Dünyanın dört bir yanındaki parçacık ölçümlerini derleyen Parçacık Veri Grubu, bu 2010 sonucunu sınırı olarak kullanıyor. Sonuç, yaklaşık 1,8 × 10⁻¹⁸ metreden küçük bir yük yarıçapına, yani yaklaşık 3,6 × 10⁻¹⁸ metreden küçük bir genişliğe karşılık gelir.

Fizikçiler bir nötrinonun yük yarıçapının gerçek bir büyüklük olup olmadığı konusunda anlaşamıyor; bu yüzden bu değer en iyi, nötrinoların nasıl saçıldığına ilişkin bir sınır olarak okunur. Bu sitedeki 1 yoktometre bu sınırın çok altındadır; dolayısıyla hiçbir deney 1 yoktometreyi doğrulayamaz ya da dışlayamaz.

Boyut karşılaştırmaları

Bir proton yaklaşık 1,7 femtometre (1,7 × 10⁻¹⁵ metre) çapındadır; bu, nötrinonun üst sınırının yaklaşık 460 katıdır.
Yaklaşık 0,1 nanometre çapındaki bir hidrojen atomu, üst sınırın neredeyse 30 milyon katı genişliğindedir. Bir nanometre bir metrenin milyarda biridir.
Üst sınır bir insan saçının kalınlığına (yaklaşık 0,1 milimetre) büyütülse, bir proton yaklaşık 4,6 santimetre genişliğinde olurdu. Aynı oranda büyütülen bir insan saçı yaklaşık 2,8 milyon kilometre kalınlığında olurdu; bu, Dünya’dan Ay’a uzaklığın yaklaşık yedi katıdır.
Üst sınır, yaklaşık 200 milyon milyar (2 × 10¹⁷) Planck uzunluğu kadardır; Planck uzunluğu, bu sitedeki bir sonraki daha küçük nesnedir.

Hayalet parçacık

Wolfgang Pauli nötrinoyu 1930’da beta bozunumunu açıklamak için önerdi. Beta bozunumu, bir atom çekirdeğinin bir elektron saldığı bir radyoaktivite türüdür. Bir miktar enerji kayboluyor gibiydi; Pauli, yükü olmayan, görülmeyen bir parçacığın bu enerjiyi taşıyıp götürdüğünü öne sürdü. Enrico Fermi bu parçacığa nötrino adını verdi; bu ad İtalyancada “küçük nötr olan” anlamına gelir.

Nötrinolar maddeyle o kadar nadir tepkimeye girer ki onları yakalamanın neredeyse imkânsız olduğu düşünülüyordu. Los Alamos’tan Frederick Reines ile Clyde Cowan, nötrinoları sonunda Güney Karolina’daki Savannah River Tesisi’nde, tesisin nükleer reaktöründen gelen antinötrino selinden yararlanarak saptadı. Keşfi Temmuz 1956’da yayımladılar ve Reines bunun için 1995 Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştı.

Her yerde ve çok hafif

Işığın parçacıkları olan fotonlardan sonra nötrinolar, evrendeki en yaygın parçacıklardır. Birçoğu Güneş’teki nükleer füzyonla oluşur. Güneş’ten gelen yaklaşık 66 milyar nötrino, her saniye Dünya’da her santimetrekareye ulaşır ve neredeyse hiçbir şey onları durdurmaz.

Nötrinolar üç türdedir: elektron, müon ve tau nötrinoları. Takaaki Kajita ile Arthur McDonald, nötrinoların yol aldıkça türler arasında geçiş yaptığını, bunun da kütleleri olması gerektiği anlamına geldiğini gösterdikleri için 2015 Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı. 2025’te KATRIN deneyi, nötrinonun kütlesinin 0,45 elektronvolttan az olduğunu bildirdi; elektronvolt, fizikçilerin kütle için de kullandığı bir enerji birimidir. Bir elektronun kütlesi bu değerin bir milyon katından fazladır.