How big is D-kvarko?

La D-kvarko estas unu el la du specoj de kvarko, kiuj konsistigas protonojn kaj neŭtronojn, kune kun la U-kvarko. Neniu eksperimento mezuris grandon por ĝi, tial la montrata nombro ne estas mezuro. Eksperimentoj trovis nur, ke kvarko, se ĝi entute havas grandon, ne estas pli larĝa ol ĉirkaŭ unu dumilono de la larĝo de protono.

Grando

La esplorilo montras grandon de 8 zeptometroj. Zeptometro estas 10⁻²¹ metroj, tio estas milono de miliardono de miliardono de metro. La skribo 10⁻²¹ signifas 1 dividitan per 1 kun 21 nuloj post ĝi. Neniu eksperimento mezuris la grandon de iu ajn speco de kvarko.

Por serĉi grandon, fizikistoj pafas partiklojn al celo kaj studas, kiel ili resaltas. Ĉe la akcelilo HERA la eksperimento ZEUS koliziigis elektronojn kun protonoj kaj ne vidis signon, ke la kvarkoj en la interno havas ian grandon. En 2016 ĝi raportis, ke la radiuso de kvarko devas esti malpli ol 4,3 × 10⁻¹⁹ metroj. Tial kvarko estas malpli ol ĉirkaŭ 8,6 × 10⁻¹⁹ metrojn larĝa.

Tiu nombro estas supra limo, ne grando. Ĝi estas ĉirkaŭ 110 fojojn pli granda ol la nombro de la esplorilo, 8 zeptometroj. Eksperimentoj do ne ekskludas la nombron de la esplorilo, sed ankaŭ nenio subtenas ĝin.

Komparoj de grando

Protono, ĉirkaŭ 1,7 femtometrojn (1,7 × 10⁻¹⁵ metrojn) larĝa, estas ĉirkaŭ 2 000 fojojn pli larĝa ol la plej granda diametro, kiun eksperimentoj permesas por kvarko.
Se kvarko ĉe tiu limo pligrandiĝus ĝis la grando de korbopilko, ĉirkaŭ 24 centimetrojn larĝa, protono estus ĉirkaŭ 470 metrojn larĝa.
Laŭ la sama skalo hidrogena atomo estus ĉirkaŭ 30 000 kilometrojn larĝa, kio estas pli ol du fojojn la larĝo de la Tero.
Ĉirkaŭ 120 milionoj da kvarkoj ĉe tiu limo, vicigitaj unu apud alia, atingus la larĝon de hidrogena atomo, kiu estas ĉirkaŭ 0,1 nanometrojn (unu dekono de miliardono de metro) larĝa.

Kiel D-kvarko ŝanĝiĝas

Neŭtrono sola, ekster atomkerno, estas malstabila. Averaĝe ĝi ekzistas ĉirkaŭ 15 minutojn. Poste ĝi disfalas en protonon, elektronon kaj kontraŭneŭtrinon, la kontraŭmaterian partneron de neŭtrino. Tiu procezo nomiĝas beta-disfalo.

Neŭtrono konsistas el unu U-kvarko kaj du D-kvarkoj, kaj protono el du U-kvarkoj kaj unu D-kvarko. En beta-disfalo la malforta forto transformas unu el la D-kvarkoj de la neŭtrono en U-kvarkon. La neŭtrono elsendas W-bozonon, partiklon, kiu transdonas la malfortan forton, kaj la W-bozono transformiĝas en la elektronon kaj la kontraŭneŭtrinon.

D-kvarko portas −1/3 de la elektra ŝargo de protono, kaj U-kvarko portas +2/3. La ŝanĝo altigas la ŝargon de la kvarko je 1, kaj la ŝargo de la elektrono, −1, kompensas tion.

Kiel oni trovis la kvarkojn

Dum la 1950-aj jaroj fizikistoj malkovris multajn novajn partiklojn kaj serĉis regulecon inter ili. La ideo pri kvarkoj estis proponita en 1964, kun tri specoj: supra, malsupra kaj stranga. La fizikisto Murray Gell-Mann donis al kvarkoj ilian nomon. Dum jaroj neniu kvarko troviĝis, kaj multaj fizikistoj rigardis ilin nur kiel matematikajn ideojn.

La unuaj spuroj venis el eksperimentoj, kiujn en 1967 komencis fizikistoj de SLAC (la Linia Akcelila Centro de Stanford) kaj MIT. Ili akceligis elektronojn en akcelilo longa je ĉirkaŭ 3,2 kilometroj kaj pafis ilin al protonoj kaj neŭtronoj. Multe pli da elektronoj resaltis laŭ grandaj anguloj ol atendite, kio estis signo de malgrandaj, malmolaj grajnoj en la interno. Jerome Friedman, Henry Kendall kaj Richard Taylor dividis la Nobel-premion pri fiziko de 1990 por tiu laboro.