How big is Quark charm?

O quark charm é um dos seis tipos de quark. Quarks são partículas elementares, não feitas de nada menor até onde os experimentos conseguem indicar, e são os blocos que formam prótons, nêutrons e muitas outras partículas. Nenhum experimento mediu um tamanho para o quark charm, então o 1 zeptômetro mostrado acima não é uma medida. Um zeptômetro equivale a 10⁻²¹ metros, um bilionésimo de um trilionésimo de metro.

Tamanho

Em todos os experimentos realizados até agora, os quarks se comportam como pontos. Os físicos buscam o tamanho de uma partícula disparando outras partículas contra ela e observando como elas ricocheteiam. O experimento ZEUS fez isso no acelerador HERA, colidindo elétrons com prótons, e não encontrou nenhum sinal de que os quarks internos tivessem algum tamanho.

Em 2016, o ZEUS relatou que o raio desses quarks, se é que eles têm algum, deve ser menor que 4,3 × 10⁻¹⁹ metros. Isso os torna menores que 8,6 × 10⁻¹⁹ metros de largura. Trata-se de um limite superior, não de um tamanho, e vem de quarks dentro de prótons, não dos quarks charm propriamente ditos. O 1 zeptômetro do explorador está bem abaixo desse limite, então nenhum experimento consegue confirmar ou descartar esse valor.

Comparações de tamanho

Um próton, com cerca de 1,7 femtômetro (1,7 × 10⁻¹⁵ metros) de largura, é cerca de 2.000 vezes mais largo que o limite superior para um quark.
Se o limite superior para um quark fosse ampliado ao tamanho de uma bola de tênis, cerca de 6,7 centímetros, um próton teria cerca de 130 metros de largura. Um átomo de hidrogênio teria cerca de 8.200 quilômetros de largura, cerca de dois terços da largura da Terra.
O limite superior para um quark é cerca de 50 quatrilhões (5 × 10¹⁶) vezes o comprimento de Planck, o próximo objeto menor no explorador com um valor definido.

A Revolução de Novembro

Em novembro de 1974, duas equipes trabalhando separadamente encontraram a mesma partícula nova. A equipe de Burton Richter, no Stanford Linear Accelerator Center, a chamou de psi, e a equipe de Samuel Ting, no Brookhaven National Laboratory, a chamou de J. Em 11 de novembro, os dois líderes se encontraram e perceberam que tinham feito a mesma descoberta. Richter e Ting dividiram o Prêmio Nobel de Física de 1976.

O J/psi, como é chamado atualmente, é um quark charm ligado a um antiquark charm, o parceiro de antimatéria do quark charm. Ele durou cerca de mil vezes mais do que os físicos esperavam, e muitos concluíram que explicá-lo exigia um quarto tipo de quark. O charm já havia sido previsto, e sua descoberta elevou para quatro o número de quarks conhecidos.

Massa e carga

O Particle Data Group, que reúne medições de partículas de todo o mundo, atribui ao quark charm uma massa de 1,273 GeV. Os físicos de partículas medem a massa em unidades de energia, e um GeV equivale a um bilhão de elétrons-volts. Isso torna o quark charm cerca de 1,4 vezes mais pesado que um próton inteiro, e quase 600 vezes mais pesado que um quark up. Sua carga elétrica equivale a dois terços da de um próton.

Como outros quarks, os quarks charm nunca são encontrados sozinhos. Toda busca por um quark livre desde 1977 fracassou.