Strona głównaPytania → Z jaką prędkością mogą poruszać...

Z jaką prędkością mogą poruszać się neutrina?

Pytanie

Pyta Wojtek

Ostatnio za sprawą nagrody Nobla z fizyki odżyła sprawa neutrin. Moje pytanie brzmi: czy udało się w końcu zmierzyć prędkość tych cząstek wytworzonych w ziemskich akceleratorach? Cały czas jest mowa o szybkościach okołoświetlnych (teraz już wiadomo, że podświetlnych), ale czy neutrino może mieć np. prędkość 0,1 c?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Neutrina wytworzone w ziemskich akceleratorach mają energie całkowite znacznie większe od ich mas spoczynkowych. W związku z tym poruszają się z prędkościami bardzo bliskimi prędkości światła $c$. We wszystkich przetestowanych przypadkach zmierzona prędkość jest zgodna z $c$ w granicach błędu pomiarowego. Typowe błędy pomiarowe wynoszą około jednej milionowej $c$ — patrz np.

https://en.wikipedia.org/wiki/Measurements_of_neutrino_speed .

Z teoretycznego punktu widzenia neutrino o małej lecz skończonej masie może poruszać się z dowolnie małą prędkością. Przykładowo, zastanówmy się z jakimi prędkościami poruszają się kosmiczne neutrina reliktowe wyprodukowane we wczesnych etapach rozwoju Wszechświata:

https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_neutrino_background

Gdyby neutrina reliktowe były bezmasowe, ich obecna temperatura wynosiłaby około $2$ kelwiny, czyli niewiele mniej od temperatury fotonów reliktowych (mikrofalowego promieniowania tła) wynoszącej około $2.73\,$K. Oznaczałoby to średnią energię neutrina około $0.0003\,$eV, a tak mała energia całkowita nie jest osiągalna dla najcięższego z trzech neutrin, które ma masę spoczynkową większą niż $0.05\,{\rm eV}/c^2$. Tak więc najcięższe neutrina w gazie neutrin reliktowych muszą poruszać się z prędkościami znacznie mniejszymi od $c$.

Note bene, najcięższe neutrina są niestabilne, lecz ich czas życia jest znacznie dłuższy od wieku Wszechświata.