How big is Kwark powabny?

Kwark powabny jest jednym z sześciu rodzajów kwarków. Kwarki są cząstkami elementarnymi, które, o ile wiadomo z doświadczeń, nie składają się z niczego mniejszego, i są budulcem protonów, neutronów i wielu innych cząstek. Żadne doświadczenie nie zmierzyło rozmiaru kwarka powabnego, więc pokazany wyżej 1 zeptometr nie jest wynikiem pomiaru. Zeptometr to 10⁻²¹ metra, czyli miliardowa część bilionowej części metra.

Rozmiar

We wszystkich dotychczasowych doświadczeniach kwarki zachowują się jak punkty. Fizycy szukają rozmiaru cząstki, kierując w jej stronę inne cząstki i obserwując, jak się odbijają. Doświadczenie ZEUS zrobiło to w akceleratorze HERA, zderzając elektrony z protonami, i nie znalazło śladu tego, by kwarki wewnątrz protonów miały jakikolwiek rozmiar.

W 2016 roku naukowcy z doświadczenia ZEUS donieśli, że promień tych kwarków, o ile go mają, musi być mniejszy niż 4,3 × 10⁻¹⁹ metra. Oznacza to, że mają mniej niż 8,6 × 10⁻¹⁹ metra średnicy. Jest to górna granica, a nie rozmiar. Dotyczy kwarków wewnątrz protonów, a nie samych kwarków powabnych. Podany w eksploratorze 1 zeptometr jest znacznie mniejszy niż ta granica, więc żadne doświadczenie nie mogłoby go potwierdzić ani wykluczyć.

Porównania rozmiarów

Proton, który ma około 1,7 femtometra (1,7 × 10⁻¹⁵ metra) średnicy, jest około 2000 razy szerszy niż górna granica dla kwarka.
Gdyby górną granicę dla kwarka powiększyć do szerokości piłki tenisowej, czyli około 6,7 centymetra, proton miałby około 130 metrów średnicy. Atom wodoru miałby około 8200 kilometrów średnicy, czyli około dwóch trzecich szerokości Ziemi.
Górna granica dla kwarka jest około 50 milionów miliardów (5 × 10¹⁶) razy większa niż długość Plancka, kolejny mniejszy obiekt w eksploratorze o określonej wartości.

Rewolucja listopadowa

W listopadzie 1974 roku dwa zespoły, pracujące niezależnie od siebie, znalazły tę samą nową cząstkę. Zespół Burtona Richtera ze Stanford Linear Accelerator Center nazwał ją psi, a zespół Samuela Tinga z Brookhaven National Laboratory nazwał ją J. Kierownicy obu zespołów spotkali się 11 listopada i zdali sobie sprawę, że dokonali tego samego odkrycia. Richter i Ting otrzymali wspólnie Nagrodę Nobla z fizyki w 1976 roku.

Cząstka J/psi, jak się ją dziś nazywa, to kwark powabny związany z antykwarkiem powabnym, czyli antymaterialnym partnerem kwarka powabnego. Żyła mniej więcej tysiąc razy dłużej, niż spodziewali się fizycy, a wielu z nich uznało, że jej wyjaśnienie wymaga czwartego rodzaju kwarka. Istnienie kwarka powabnego było już wcześniej przewidziane, a jego odkrycie zwiększyło liczbę znanych kwarków do czterech.

Masa i ładunek

Particle Data Group zbiera pomiary cząstek z całego świata i podaje masę kwarka powabnego jako 1,273 GeV. Fizycy cząstek mierzą masę w jednostkach energii, a GeV to miliard elektronowoltów. Kwark powabny jest więc około 1,4 raza cięższy niż cały proton i prawie 600 razy cięższy niż kwark górny. Jego ładunek elektryczny wynosi dwie trzecie ładunku protonu.

Podobnie jak inne kwarki, kwarki powabne nigdy nie występują samotnie. Każde poszukiwanie wolnego kwarka od 1977 roku zakończyło się niepowodzeniem.