נייטרינו

נייטרינו
нейтрино
	התצפית הראשונה על תוצאת ההתנגשות בין נייטרינו לפרוטון בעזרת תא בועות
	התצפית הראשונה על תוצאת ההתנגשות בין נייטרינו לפרוטון בעזרת תא בועות
מידע כללי
הרכב	חלקיק יסודי
סטטיסטיקה	פרמיון
קבוצת שיוך	לפטון
דור	ראשון, שני ושלישי
אנטי-חלקיק	אנטינייטרינו
סמל	ν
תכונות
מסת מנוחה	~ ‎2.139194288×10-37‎ kg; ~ 0.00000012 MeV/c2
מטען חשמלי	0 e
ספין	1⁄2 ħ
מספר לפטוני	1
מספר באריוני	0
מטען צבע	0
אינטראקציות	הכוח החלש, כבידה
אורך חיים	יציב; קיימת תנודה בין שלושת הטעמים
היסטוריה
נצפה?	כן
תאריך גילוי	1956
מגלה	קלייד קוואן, פרדריק ריינס אנרגיה קוונטית תינתן
ניסוי	גלאי סינטילציה
מתקן	כור ביקוע
מוסד	אתר נהר סוואנה (Savannah River Site)
הכרה	פרס נובל לפיזיקה לשנת 1995

נֵייטְרִינוֹ או ניוטרינו (Neutrino, באיטלקית: "נייטרון קטן") הוא חלקיק יסודי פרמיוני, המהווה לפטון נטול מטען חשמלי. הספין של הנייטרינו הוא ¹⁄₂. לפי מדידות שנעשו עד 2017, סכום מסות שלושת הטעמים של הנייטרינו הוא כ-0.12 eV. זו היא המסה הנמוכה ביותר של חלקיק מסיבי כלשהו. רק פוטונים וגלואונים הם בעלי מסה נמוכה יותר – מכיוון שאין להם מסה כלל.

לנייטרינו אין מטען חשמלי או מטען צבע. לכן, הוא לא מגיב לכוח האלקטרומגנטי ולכוח החזק. חלקיקי נייטרינו מושפעים בעיקר מהכוח החלש. ההסתברות לאינטראקציה של נייטרינו עם אטומי החומר דרכו הוא עובר היא נמוכה מאוד. לדוגמה, נדרש קיר עופרת בעובי מספר שנות אור על מנת לחסום מחצית מכמות חלקיקי הנייטרינו העוברים דרכו. גלאי נייטרינו מכילים מאות טונות של חומר, אולם בממוצע, רק אטומים בודדים מתוכו מגיבים לפגיעת נייטרינו במהלך יממה אחת.

בהתפרצות סופרנובה, רוב האנרגיה מוקרנת בצורת שטף חלקיקי נייטרינו, המיוצרים כשפרוטון ואלקטרון בליבה מגיבים זה עם זה ויוצרים נייטרון. במהלך שלב ההתכווצות, הצפיפות בליבת הסופרנובה, שהיא כ-10¹⁴ גרם/סמ"ק, מאפשרת יצירת שטף של חלקיקי נייטרינו, אותם ניתן לגלות גם במרחקים גדולים מאוד. ההוכחה הניסויית הראשונה לתופעת ההתכווצות של סופרנובה ויצירת שטף חלקיקי הנייטרינו הושגה ב-1987, כשהתגלו חלקיקי נייטרינו מסופרנובה 1987A. ההתפרצות התרחשה במרחק של 51.4 קילופארסק מכדור הארץ.

גילוי החלקיק

ההשערה בדבר קיומו של הנייטרינו הועלתה לראשונה על ידי וולפגנג פאולי ב-1930 על מנת להסביר את בעיית איבוד התנע בתהליך התפרקות בטא. פאולי הציע כי חלקיק שטרם נתגלה נושא את עודף האנרגיה וכינהו "נייטרון", אולם ב-1932 ניתן שם זה לחלקיק שונה לגמרי שהתגלה על ידי ג'יימס צ'דוויק. בשלב זה היו שני חלקיקים שונים שנשאו את השם "נייטרון". אנריקו פרמי נשאל האם הוא אותו "חלקיק פאולי" והשיב כי "חלקיק פאולי אינו נייטרון אלא נייטרינו" (כלומר נייטרון קטן באיטלקית), וכך קיבל החלקיק שם חדש. על פי התיאוריה של פרמי להתפרקות בטא, החלקיק שגילה צ'דוויק יתפרק לפרוטון, אלקטרון ולחלקיק נייטרלי קטן (שכיום נקרא אנטינייטרינו אלקטרוני):

$n^{0}\rightarrow p^{+}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$

ב-1933 חישב פאולי את תכונות החלקיק המשוער.

הנייטרינו התגלה ניסיונית, על ידי צוות בראשות קלייד קוואן ופרדריק ריינס, רק ב-1956, בניסויים בכור הגרעיני "סוואנה ריבר", למעלה מ-30 שנה אחרי שנחזה קיומו, משום שהתגובה שלו עם אטומי חומר שדרכו הוא עובר היא מזערית, ולפיכך היה צורך במכשור רגיש במיוחד. בשנת 1962, צוות פיזיקאים בראשות ליאון לדרמן גילה סוג שני של נייטרינו, שאותו כינו נייטרינו מואוני, ובשנת 1975, צוות של פיזיקאים בראשות מרטין פרל גילה סוג שלישי של נייטרינו, אותו הם כינו נייטרינו טאואוני. ב-2015 שני חוקרים, טקאקי קג'יטה היפני וארתור מקדונלד הקנדי, זכו בפרס נובל לפיזיקה על הוכחה לכך שלחלקיקי נייטרינו יש מסה.^[1]

סוגי הנייטרינו

קיימים שלושה סוגי נייטרינו שונים מבחינת הטעם. כל אחד מאלו משתייך לדור שונה של המודל הסטנדרטי: נייטרינו אלקטרוני ν_e (דור ראשון), נייטרינו מואוני ν_μ (דור שני) ונייטרינו טאואוני ν_τ (דור שלישי). לכל אחד מהם יש גם אנטי-חלקיק, האנטינייטרינו. ייתכן שהנייטרינו והאנטינייטרינו הם למעשה אותו חלקיק; אם כך, הנייטרינו הוא פרמיון מאג'ורנה. השערה זו לא הוכחה. לנייטרינו ולאנטינייטרינו יש כמה מספרים קואנטיים שונים זה מזה, לרבות המספר הלפטוני (1 עבור נייטרינו; -1 עבור אנטינייטרינו) והאיזוספין החלש (¹⁄₂ עבור נייטרינו; -¹⁄₂ עבור אנטינייטרינו).

הנייטרינו האלקטרוני הוא הסוג הנפוץ ביותר של נייטרינו. הוא מופק בדעיכת בטא פלוס. אנטינייטרינו אלקטרוני מופק בדעיכת בטא מינוס.

נייטרינו מהשמש

בניסיונות לבדוק את התהליכים המתרחשים בליבת השמש נבנו גלאים למדידת שטף הנייטרינו מהשמש (מכונים גם "נייטרינו סולארי"). גלאים אלו נבנו במעבה האדמה על מנת לסנן רעש רקע של חלקיקים אחרים, אך הצליחו לגלות רק שליש מכמות הנייטרינו שציפו החוקרים למצוא. הפתרון לבעיה הוצע על ידי גריבוב ופונטרקורבו ב-1969 ואומת בניסויים ב-2002. גריבוב ופונטרקורבו הוכיחו כי בדרך בת שמונה הדקות מהשמש לכדור הארץ, שני שלישים מהנייטרינו מתנודדים בין נייטרינו אלקטרוני כפי שנוצר בליבת השמש ושאותו בלבד מדדו עד כה לבין שני סוגי הטעמים האחרים.

במשך שנים רווחה היפותזה כי כמויות נייטרינו גדולות יכולות להוות את החומר האפל החם, שהוא אחד מההסברים למסה החסרה ביקום. כיום מקובל שכמויות הנייטרינו אינן יכולות לתרום חלק משמעותי ממנו. תצפיות קוסמולוגיות תוחמות את התכונות של הנייטרינו^{[דרושה הבהרה]}.

נייטרינו מבלאזר

ב-22 בספטמבר 2017, גלאי הנייטרינו IceCube גילה את IceCube-170922A, חלקיק נייטרינו באנרגיה של 290 טריליון אלקטרון וולט. לאחר תצפיות נמצא שמקורו בבלאזר, חור שחור מסוג קוואזר, הרחוק מאיתנו 3.7 מיליארד שנות אור, שמפנה את הסילון שלו לכיווננו. כך למעשה נפתחה דרך חדשה לחקר היקום, בגילוי ומציאת מקורות אנרגיה גבוהה^[2].

מהירות החלקיק

מהירותו של נייטרינו ככל הנראה קרובה מאוד למהירות האור. שטף הנייטרינו מסופרנובה 1987A הגיע לכדור הארץ בערך באותו הזמן עם שטף הפוטונים.

ב-22 בספטמבר 2011 התפרסם מאמר^[3] על ידי מדענים מ-CERN לפיו בניסויים שנערכו במשך 3 שנים, נמדדה לחלקיק נייטרינו מהירות הגבוהה ממהירות האור, גילוי שאינו עולה בקנה אחד עם תורת היחסות הפרטית.^[4] מיד לאחר הגילוי פרץ גל של תאוריות המנסות להסביר את משמעותו והשלכותיו על הפיזיקה המודרנית.^[5] בפברואר 2012 נתגלה שכבל אופטי היה מחובר בצורה רופפת לאחד מהשעונים האטומיים שמדדו את זמן היציאה וההגעה של הנייטרינו, ולכן יש צורך לבדוק מחדש את התוצאות.^[6] ביוני אותה שנה, לאחר בדיקה מחודשת, נמצא שמהירות הנייטרינו קטנה ממהירות האור.^[7]

ראו גם

לקריאה נוספת

פתרונה של בעיית הנויטרינו מן השמש, מהדורת Scientific American בעברית (הוצאת אורט) גיליון 7 (אוק' נוב' 2003)
מחקר הניויטרינו במעבה האדמה [1]

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא נייטרינו בוויקישיתוף

מרים לוירר, חידת הנייטרינו של השמש
ארז גרטי, ניטרינו – החלקיק המגיע מהשמש, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 4 ביולי 2011
ארז גרטי, חלקיקי החומר – הניטרינו, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 4 ביולי 2011
קלרה מוסקוביץ, ‏חידת הניטרינו, במדור סיינטיפיק אמריקן של מכון דוידסון, 12 בנובמבר 2017
הגר לנדסמן-פלס, ‏חפש באנטרקטיקה, אודיסאה 29, אוקטובר 2015
200 פיזיקאים מהעולם אישרו: אין עדות לניוטרינו רביעי, באתר ynet, 28 בנובמבר 2021
science/massive-neutrino-hypothesis נייטרינו, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
ynet, חוקרים מדדו לראשונה רתיעה גרעינית מחלקיקי נייטרינו מהשמש, באתר ynet, 11 ביולי 2024

הערות שוליים

^ שני חוקרים שגילו בנפרד שלניטרינו יש מסה זכו בפרס נובל לפיזיקה, אתר הידען
^ https://www.space.gov.il/news-space/131289 עידן חדש באסטרונומיה: זוהה "חלקיק רפאים" באנטארקטיקה שמקורו בחור שחור, עודד כרמל, 15.07.2018
^ מאמר מאת מדענים מ-CERN
^ אתר חדשות ה-BBC
^ Leading Light: What Would Faster-Than-Light Neutrinos Mean for Physics?, סיינטיפיק אמריקן (באנגלית)
^ הפרסום באתר של CERN
^ אתר CERN

המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים
בוזונים	פרמיונים
	קווארקים
פוטון	למעלה	קסום	עליון
גלואון	למטה	מוזר	תחתון
	לפטונים
בוזון Z	נייטרינו אלקטרוני	נייטרינו מיואוני	נייטרינו טאואוני
בוזון W	אלקטרון	מיואון	טאו
בוזון היגס

[1] שני חוקרים שגילו בנפרד שלניטרינו יש מסה זכו בפרס נובל לפיזיקה, אתר הידען

[2] ttps://www.space.gov.il/news-space/131289 עידן חדש באסטרונומיה: זוהה "חלקיק רפאים" באנטארקטיקה שמקורו בחור שחור, עודד כרמל, 15.07.2018

[3] מאמר מאת מדענים מ-CERN

[4] אתר חדשות ה-BBC

[5] Leading Light: What Would Faster-Than-Light Neutrinos Mean for Physics?, סיינטיפיק אמריקן (באנגלית)

[6] הפרסום באתר של CERN

[7] אתר CERN

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

חלקיקים בפיזיקה
חלקיקים יסודיים
בוזונים	בוזוני כיול (פוטון • גלואון • בוזון W⁺ • בוזון W^- • בוזון Z⁰) • בוזון היגס
קווארקים	למעלה (קווארק • אנטיקווארק) • למטה (קווארק • אנטיקווארק) • קסום (קווארק • אנטיקווארק) • מוזר (קווארק • אנטיקווארק) • עליון (קווארק • אנטיקווארק) • תחתון (קווארק • אנטיקווארק)
לפטונים	אלקטרון • פוזיטרון • מואון • אנטימואון • טאו • אנטיטאו • ניוטרינו • אנטיניוטרינו • ניוטרינו אלקטרוני • אנטיניוטרינו אלקטרוני • ניוטרינו מואוני • אנטיניוטרינו מואוני • ניוטרינו טאואוני • אנטיניוטרינו טאואוני
חלקיקים מורכבים
באריונים	נוקליאונים (פרוטון • נייטרון) • אנטיפרוטון • אנטינייטרון • היפרונים • באריון אקזוטי (פנטאקווארק) • הפטאקווארק • הקסאקווארק
מזונים	פאיון • קאון • אטא • פי • מזון D • מזון J/psi • מזון B • אופסילון • מזון אקזוטי (טטראקווארק) • Y(4140)
לא האדרונים	גרעין האטום • אטום • מולקולה • אטומים אקזוטיים (אנ') (מואוניום)
חלקיקים היפותטיים
בוזונים	גרביטון • מזון אקזוטי • כדור גלואונים
פרמיונים	באריון אקזוטי
שותפי על	גרביטינו • לא גאוג'ינואים (ניוטרלינו • צ'רג'ינו)
אחרים	טכיון • מונופול מגנטי • פראון

חלקיקים בפיזיקה - חלקיקים יסודיים - לפטונים
חלקיקים	אלקטרון • מיואון • טאו • נייטרינו אלקטרוני • נייטרינו מיואוני • נייטרינו טאואוני
אנטי-חלקיקים	פוזיטרון • אנטי-מיואון • אנטי-טאו • אנטי-נייטרינו אלקטרוני • אנטי-נייטרינו מיואוני • אנטי-נייטרינו טאואוני