How big is Kwark szczytowy?

W 2026 roku kwark szczytowy jest najcięższą znaną cząstką elementarną. O ile wiadomo z doświadczeń, cząstka elementarna nie składa się z niczego mniejszego. Kwark szczytowy nie ma zmierzonego rozmiaru, więc pokazany wyżej 1 joktometr jest wartością zastępczą, a nie wynikiem pomiaru. Oznacza rozmiar znacznie mniejszy, niż może wykryć jakiekolwiek doświadczenie.

Rozmiar

Joktometr to 10⁻²⁴ metra, czyli bilionowa część bilionowej części metra. Żadne doświadczenie nie zmierzyło rozmiaru kwarka szczytowego ani żadnego innego kwarka. We wszystkich dotychczasowych testach kwarki zachowują się jak punkty.

Fizycy szukają rozmiaru cząstki, kierując w jej stronę inne cząstki i obserwując, jak się odbijają. Doświadczenie ZEUS badało zderzenia elektronów z protonami w akceleratorze HERA i nie znalazło śladu tego, by kwarki wewnątrz protonów miały jakikolwiek rozmiar. W 2016 roku naukowcy z tego doświadczenia donieśli, że promień tych kwarków, o ile go mają, musi być mniejszy niż 4,3 × 10⁻¹⁹ metra. Jest to górna granica, a nie rozmiar. Dotyczy kwarków wewnątrz protonów, a nie kwarka szczytowego.

Porównania rozmiarów

Górna granica dla kwarków wewnątrz protonów, wynosząca około 8,6 × 10⁻¹⁹ metra średnicy, jest około 860 000 razy większa niż wartość podana w eksploratorze.
Proton, który ma około 1,7 femtometra (1,7 × 10⁻¹⁵ metra) średnicy, jest około 2000 razy szerszy niż ta górna granica dla kwarka.
Podany w eksploratorze 1 joktometr jest około 60 miliardów razy większy niż długość Plancka, która wynosi 1,6 × 10⁻³⁵ metra i jest kolejnym mniejszym obiektem w eksploratorze.
Gdyby 1 joktometr powiększyć do szerokości ludzkiego włosa, czyli około 0,1 milimetra, proton miałby około 170 kilometrów średnicy, a włos miałby szerokość około roku świetlnego.

Najcięższa znana cząstka

Particle Data Group zbiera pomiary cząstek z całego świata i podaje masę kwarka szczytowego jako 172,56 ± 0,31 GeV. Fizycy cząstek mierzą masę w tych jednostkach energii, a GeV to miliard elektronowoltów. Masa kwarka szczytowego jest bliska masie całego atomu złota. To około 40 razy więcej niż masa kwarka spodniego, kolejnego najcięższego kwarka.

Duża masa nie oznacza, że kwark szczytowy jest duży. Masa i rozmiar to osobne właściwości, a żaden kwark, ani ciężki, ani lekki, nie wykazał w doświadczeniach żadnego rozmiaru.

Cząstka, która ledwo trwa

Naukowcy z doświadczeń CDF i DZero ogłosili odkrycie kwarka szczytowego 2 marca 1995 roku. Znaleźli go w akceleratorze Tevatron w laboratorium Fermilab, w którym zderzano protony z antyprotonami. Dziś Wielki Zderzacz Hadronów w CERN wytwarza kwarki szczytowe parami, głównie w zderzeniach gluonów, czyli cząstek, które wiążą kwarki ze sobą.

Kwark szczytowy rozpada się w czasie krótszym niż 10⁻²⁴ sekundy na bozon W i kwark spodni. Inne kwarki łączą się w większe cząstki zwane hadronami, takie jak protony, ale zajmuje to kilka razy 10⁻²⁴ sekundy. Kwark szczytowy rozpada się, zanim zdąży połączyć się z innymi kwarkami. Żyje zbyt krótko, by można go było obserwować bezpośrednio, dlatego w doświadczeniach rozpoznaje się go po cząstkach, na które się rozpada.