How big is קווארק עליון?
1 יוקטומטר!
נכון ל-2026, הקווארק העליון הוא החלקיק היסודי הכבד ביותר הידוע. חלקיק יסודי אינו בנוי מדבר קטן יותר, ככל שהניסויים יכולים לקבוע. לקווארק העליון אין גודל שנמדד, ולכן הגודל של 1 יוקטומטר המוצג למעלה הוא ערך מציין מקום ולא מדידה. הוא מייצג גודל קטן בהרבה מכל גודל שניסוי כלשהו מסוגל לזהות.
גודל
יוקטומטר הוא 10−24 מטרים, טריליונית של טריליונית המטר. אף ניסוי לא מדד גודל לקווארק העליון, ולא לשום קווארק אחר. בכל הבדיקות עד כה קווארקים מתנהגים כמו נקודות.
פיזיקאים מחפשים את גודלו של חלקיק בכך שהם יורים עליו חלקיקים אחרים ובוחנים כיצד הם מוחזרים ממנו. ניסוי ZEUS חקר התנגשויות בין אלקטרונים לפרוטונים במאיץ HERA, ולא ראה סימן לכך שלקווארקים שבתוך הפרוטונים יש גודל כלשהו. ב-2016 דיווח הניסוי שרדיוס הקווארקים האלה, אם יש להם רדיוס, חייב להיות קטן מ-4.3 × 10−19 מטרים. זהו גבול עליון ולא גודל, והוא נובע מהקווארקים שבתוך הפרוטונים ולא מהקווארק העליון.
השוואות גודל
- הגבול העליון לקווארקים שבתוך פרוטונים, שרוחבו כ-8.6 × 10−19 מטרים, גדול בערך פי 860,000 מהערך באתר.
- פרוטון, ברוחב של כ-1.7 פמטומטרים (1.7 × 10−15 מטרים), רחב בערך פי 2,000 מהגבול העליון הזה לקווארק.
- הערך באתר, 1 יוקטומטר, גדול בערך פי 60 מיליארד מאורך פלאנק (1.6 × 10−35 מטרים), העצם הקטן יותר הבא בתור באתר.
- אילו הוגדל 1 יוקטומטר לרוחב של שערת אדם, כ-0.1 מילימטרים, הפרוטון היה ברוחב של כ-170 קילומטרים, והשערה הייתה רחבה בערך שנת אור אחת.
החלקיק הכבד ביותר הידוע
לפי קבוצת נתוני החלקיקים (Particle Data Group), שאוספת את מדידות החלקיקים מרחבי העולם, מסת הקווארק העליון היא 172.56 ± 0.31 GeV. פיזיקאי חלקיקים מודדים מסה ביחידות אנרגיה אלה, ו-GeV הוא מיליארד אלקטרונבולטים. מסת הקווארק העליון קרובה למסתו של אטום זהב שלם. היא גדולה בערך פי 40 ממסת קווארק תחתון, שהוא הקווארק הכבד ביותר אחרי הקווארק העליון.
היותו כבד אינו הופך את הקווארק העליון לגדול. מסה וגודל הן תכונות נפרדות, ובניסויים אף קווארק, כבד או קל, לא הראה גודל כלשהו.
חלקיק שכמעט אינו מחזיק מעמד
מדענים בניסויים CDF ו-DZero הודיעו על גילוי הקווארק העליון ב-2 במרס 1995. הם גילו אותו במאיץ הטבטרון של פרמילאב, שבו התנגשו פרוטונים באנטי-פרוטונים. כיום מאיץ ההדרונים הגדול בצר"ן מייצר קווארקים עליונים בזוגות, בעיקר מהתנגשויות בין גלואונים, החלקיקים המחזיקים את הקווארקים יחד.
קווארק עליון מתפרק תוך פחות מ-10−24 שניות לבוזון W ולקווארק תחתון. קווארקים אחרים מתחברים לחלקיקים גדולים יותר הנקראים הדרונים, כמו פרוטונים, אבל לשם כך נדרש זמן ארוך פי כמה מ-10−24 שניות. הקווארק העליון מתפרק לפני שהוא מספיק להתחבר לקווארקים אחרים. אורך חייו קצר מכדי לצפות בו ישירות, ולכן הניסויים מזהים אותו לפי החלקיקים שאליהם הוא מתפרק.
מקורות
- Summary Tables: Quarks. Particle Data Group, 2025.
- Limits on the effective quark radius from inclusive ep scattering at HERA. ZEUS Collaboration, Physics Letters B, 2016.
- The Last Quark. ATLAS Experiment, CERN, 2021.
- Twenty-fifth anniversary of the discovery of the top quark at Fermilab. Fermilab, 2020.
- Scientists recall the discovery of the top quark 30 years ago at Fermilab. Fermilab, 2025.
- SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
- Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
- Planck length. NIST CODATA, 2022.
- Atomic mass constant energy equivalent in MeV. NIST CODATA, 2022.
- Gold. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights, 2017.
- Measuring the Universe. International Astronomical Union.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.