How big is Нейтрино?

Нейтрино — елементарна частинка: наскільки можна судити за експериментами, вона не складається з нічого меншого. Вона не має електричного заряду, а її маса така мала, що експерименти встановили для неї лише верхню межу. Розміру для неї жоден експеримент теж не виміряв, тому 1 йоктометр, показаний вгорі, не є результатом вимірювання. Йоктометр — це 10⁻²⁴ метра, трильйонна частка трильйонної частки метра.

Розмір

У нейтрино немає поверхні, яку можна було б виміряти. Натомість фізики спостерігають, як нейтрино розсіюються на електронах. Нейтрино з певним розміром, який описують величиною, що називається зарядовим радіусом, розсіювалося б трохи інакше, ніж точкова частинка.

Експеримент TEXONO на Тайвані зареєстрував антинейтрино, партнерів нейтрино з антиматерії, потік яких линув від ядерного реактора, розташованого за 28 метрів. Вони розсіювалися на електронах так, як передбачає стандартна теорія частинок, у межах точності експерименту. Група даних про частинки (Particle Data Group), яка збирає виміри частинок з усього світу, використовує цей результат 2010 року як свою межу. Він відповідає зарядовому радіусу менш ніж приблизно 1,8 × 10⁻¹⁸ метра, або ширині менш ніж приблизно 3,6 × 10⁻¹⁸ метра.

Фізики не мають єдиної думки щодо того, чи є зарядовий радіус нейтрино справжнім розміром, тому це значення найкраще сприймати як межу того, як нейтрино розсіюються. Значення 1 йоктометр, яке показує цей сайт, лежить далеко нижче від цієї межі, тож жоден експеримент не міг би ні підтвердити його, ні спростувати.

Порівняння розмірів

Протон завширшки близько 1,7 фемтометра (1,7 × 10⁻¹⁵ метра) приблизно в 460 разів ширший за верхню межу для нейтрино.
Атом водню завширшки близько 0,1 нанометра майже в 30 мільйонів разів ширший за верхню межу. Нанометр — це мільярдна частка метра.
Якби верхню межу збільшили до ширини людської волосини, близько 0,1 міліметра, протон мав би в поперечнику приблизно 4,6 сантиметра. Людська волосина, збільшена так само, мала б у поперечнику близько 2,8 мільйона кілометрів, тобто приблизно в сім разів більше за відстань від Землі до Місяця.
Верхня межа приблизно в 200 мільйонів мільярдів (2 × 10¹⁷) разів більша за довжину Планка, наступний менший об’єкт на цьому сайті.

Частинка-привид

Вольфганг Паулі запропонував нейтрино 1930 року, щоб пояснити бета-розпад — вид радіоактивності, за якого атомне ядро випускає електрон. Здавалося, що частина енергії зникає, і Паулі припустив, що її забирає невидима частинка без заряду. Енріко Фермі назвав її нейтрино — італійською «маленький нейтральний».

Нейтрино так рідко взаємодіють із речовиною, що їх вважали майже неможливими для виявлення. Фредерік Райнес і Клайд Коуен із Лос-Аламоса врешті зареєстрували їх на заводі «Саванна-Рівер» у штаті Південна Кароліна, скориставшись потоком антинейтрино від ядерного реактора заводу. Відкриття опублікували в липні 1956 року, і за це Райнес розділив Нобелівську премію з фізики 1995 року.

Усюдисущі й дуже легкі

Після фотонів, частинок світла, нейтрино — найпоширеніші частинки у Всесвіті. Багато з них утворюються внаслідок термоядерного синтезу на Сонці. Близько 66 мільярдів нейтрино від Сонця щосекунди досягають кожного квадратного сантиметра на Землі, і майже ніщо їх не затримує.

Нейтрино бувають трьох типів: електронні, мюонні й тау-нейтрино. Такааки Кадзіта й Артур Макдональд отримали Нобелівську премію з фізики 2015 року за те, що показали: нейтрино змінюють тип під час руху, а це означає, що вони мусять мати масу. У 2025 році учасники експерименту KATRIN повідомили, що маса нейтрино менша за 0,45 електронвольта — одиницю енергії, яку фізики використовують і для маси. Електрон має більш ніж у мільйон разів більшу масу.