How big is Quark abajo?

El quark abajo es uno de los dos tipos de quark que forman los protones y los neutrones, junto con el quark arriba. Ningún experimento ha medido su tamaño, así que la cifra que se muestra no es una medición. Los experimentos solo han comprobado que un quark, si es que tiene algún tamaño, no supera aproximadamente la dosmilésima parte del ancho de un protón.

Tamaño

La línea de tamaño indica 8 zeptómetros. Un zeptómetro es 10⁻²¹ metros, una milésima de milmillonésima de milmillonésima de metro. La notación 10⁻²¹ significa 1 dividido entre un 1 seguido de 21 ceros. Ningún experimento ha medido el tamaño de ningún tipo de quark.

Para buscar un tamaño, los físicos lanzan partículas contra un blanco y estudian cómo rebotan. En el acelerador HERA, el experimento ZEUS hizo chocar electrones con protones y no vio ninguna señal de que los quarks del interior tuvieran tamaño. En 2016 informó de que el radio de un quark debe ser menor de 4,3 × 10⁻¹⁹ metros. Eso significa que un quark mide menos de unos 8,6 × 10⁻¹⁹ metros de diámetro.

Esa cifra es un límite superior, no un tamaño. Equivale a unas 110 veces la cifra del explorador, que es de 8 zeptómetros. Por tanto, los experimentos no descartan la cifra del explorador, pero tampoco hay nada que la respalde.

Comparaciones de tamaño

Un protón, de unos 1,7 femtómetros (1,7 × 10⁻¹⁵ metros) de diámetro, tiene unas 2 000 veces el mayor tamaño que los experimentos permiten para un quark.
Si un quark en ese límite se agrandara hasta el tamaño de un balón de baloncesto, de unos 24 centímetros de diámetro, un protón mediría unos 470 metros de diámetro.
A la misma escala, un átomo de hidrógeno mediría unos 30 000 kilómetros de diámetro, más del doble del ancho de la Tierra.
Unos 120 millones de quarks en ese límite, colocados uno al lado del otro, abarcarían un átomo de hidrógeno, que mide unos 0,1 nanómetros (una décima de milmillonésima de metro) de diámetro.

Cómo cambia un quark abajo

Un neutrón aislado, fuera de un núcleo atómico, es inestable. En promedio dura unos 15 minutos. Después se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino, la pareja de antimateria de un neutrino. Este proceso se llama desintegración beta.

Un neutrón está formado por un quark arriba y dos quarks abajo, y un protón, por dos quarks arriba y un quark abajo. En la desintegración beta, la fuerza débil convierte en quark arriba uno de los quarks abajo del neutrón. El neutrón emite un bosón W, una partícula que transmite la fuerza débil, y el bosón W se transforma en el electrón y el antineutrino.

Un quark abajo tiene −1/3 de la carga eléctrica de un protón, y un quark arriba, +2/3. El cambio aumenta en 1 la carga del quark, y la carga del electrón, que es de −1, la compensa.

Cómo se encontraron los quarks

Durante la década de 1950, los físicos descubrieron un gran número de partículas nuevas y buscaron un patrón entre ellas. La idea de los quarks se propuso en 1964, con tres tipos: arriba, abajo y extraño. El físico Murray Gell-Mann dio nombre a los quarks. Durante años no se encontró ninguno, y muchos físicos los consideraban solo ideas matemáticas.

Los primeros indicios llegaron de experimentos iniciados en 1967 por físicos del SLAC (el Centro del Acelerador Lineal de Stanford) y del MIT. Lanzaron electrones contra protones y neutrones a lo largo de un acelerador de unos 3,2 kilómetros de longitud. Rebotaron en ángulos grandes muchos más electrones de lo esperado, señal de que dentro había granos pequeños y duros. Jerome Friedman, Henry Kendall y Richard Taylor compartieron el Premio Nobel de Física de 1990 por este trabajo.