How big is Neutrino?

O neutrino é uma partícula elementar, ou seja, uma partícula que, até onde os experimentos conseguem indicar, não é feita de nada menor. Ele não tem carga elétrica, e sua massa é tão pequena que os experimentos só conseguiram estabelecer um limite superior para ela. Nenhum experimento mediu um tamanho para o neutrino, então o 1 yoctômetro mostrado acima não é uma medição. Um yoctômetro equivale a 10⁻²⁴ metros, um trilionésimo de um trilionésimo de metro.

Tamanho

O neutrino não tem uma superfície que se possa medir. Em vez disso, os físicos observam como os neutrinos se espalham ao colidir com elétrons. Um neutrino que tivesse algum tamanho, descrito por uma grandeza chamada raio de carga, se espalharia de um jeito ligeiramente diferente de um ponto.

O experimento TEXONO, em Taiwan, captou antineutrinos, os parceiros de antimatéria dos neutrinos, vindos de um reator nuclear a 28 metros de distância. Eles se espalharam ao colidir com elétrons exatamente como prevê a teoria padrão das partículas, dentro da precisão do experimento. O Particle Data Group, que reúne medições de partículas feitas ao redor do mundo, usa esse resultado de 2010 como seu limite de referência. Ele corresponde a um raio de carga inferior a cerca de 1,8 × 10⁻¹⁸ metros, ou uma largura inferior a cerca de 3,6 × 10⁻¹⁸ metros.

Os físicos discordam sobre se o raio de carga do neutrino representa um tamanho real, então esse valor é melhor entendido como um limite para o espalhamento dos neutrinos. O 1 yoctômetro do explorador fica bem abaixo desse limite, de modo que nenhum experimento poderia confirmá-lo ou descartá-lo.

Comparações de tamanho

Um próton, com cerca de 1,7 femtômetros (1,7 × 10⁻¹⁵ metros) de diâmetro, é cerca de 460 vezes mais largo que o limite superior do neutrino.
Um átomo de hidrogênio, com cerca de 0,1 nanômetro de diâmetro, é quase 30 milhões de vezes mais largo que o limite superior. Um nanômetro equivale a um bilionésimo de metro.
Se o limite superior fosse ampliado ao tamanho de um fio de cabelo humano, cerca de 0,1 milímetro, um próton teria cerca de 4,6 centímetros de diâmetro. Um fio de cabelo humano ampliado na mesma proporção teria cerca de 2,8 milhões de quilômetros de largura, cerca de sete vezes a distância da Terra à Lua.
O limite superior é cerca de 200 milhões de bilhões (2 × 10¹⁷) vezes o comprimento de Planck, o próximo objeto menor no explorador.

A partícula fantasma

Wolfgang Pauli propôs a existência do neutrino em 1930 para explicar o decaimento beta, um tipo de radioatividade em que o núcleo de um átomo emite um elétron. Parte da energia parecia desaparecer, e Pauli sugeriu que uma partícula não observada e sem carga a estava levando embora. Enrico Fermi deu a ela o nome de neutrino, que em italiano significa “pequeno neutro”.

Os neutrinos reagem tão raramente com a matéria que se considerava quase impossível detectá-los. Frederick Reines e Clyde Cowan, de Los Alamos, finalmente conseguiram detectá-los na usina de Savannah River, na Carolina do Sul, aproveitando o grande fluxo de antineutrinos produzido pelo reator nuclear do local. Eles publicaram a descoberta em julho de 1956, e Reines dividiu o Prêmio Nobel de Física de 1995 por esse trabalho.

Onipresentes e muito leves

Depois dos fótons, as partículas da luz, os neutrinos são as partículas mais comuns do universo. Muitos deles são produzidos pela fusão nuclear no Sol. Cerca de 66 bilhões de neutrinos vindos do Sol atingem cada centímetro quadrado da Terra a cada segundo, e quase nada consegue detê-los.

Existem três tipos de neutrino: o neutrino do elétron, o do múon e o do tau. Takaaki Kajita e Arthur McDonald ganharam o Prêmio Nobel de Física de 2015 por mostrar que os neutrinos trocam de tipo enquanto viajam, o que significa que eles precisam ter massa. Em 2025, o experimento KATRIN relatou que a massa do neutrino é menor que 0,45 elétron-volt, uma unidade de energia que os físicos também usam para massa. Um elétron tem mais de um milhão de vezes essa massa.