How big is Quark top?

Até onde se sabe, em 2026, o quark top é a partícula elementar mais pesada conhecida. Uma partícula elementar não é feita de nada menor, até onde os experimentos conseguem indicar. O quark top não tem tamanho medido, então o 1 yoctômetro mostrado acima é apenas um valor convencional, e não uma medida. Ele representa um tamanho muito menor do que qualquer experimento consegue detectar.

Tamanho

Um yoctômetro equivale a 10⁻²⁴ metros, um trilionésimo de um trilionésimo de metro. Nenhum experimento mediu um tamanho para o quark top, nem para nenhum outro quark. Em todos os testes 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 estudou colisões entre elétrons e prótons no acelerador HERA e não encontrou nenhum sinal de que os quarks dentro dos prótons tivessem algum tamanho. Em 2016, ele relatou que o raio desses quarks, se é que eles têm algum, deve ser menor que 4,3 × 10⁻¹⁹ metros. Esse é um limite superior, não um tamanho, e vem dos quarks encontrados dentro dos prótons, não do quark top.

Comparações de tamanho

O limite superior para os quarks dentro dos prótons, com cerca de 8,6 × 10⁻¹⁹ metros de largura, é cerca de 860.000 vezes o valor do explorador.
Um próton, com cerca de 1,7 femtômetro (1,7 × 10⁻¹⁵ metros) de largura, é cerca de 2.000 vezes mais largo que esse limite superior para um quark.
O 1 yoctômetro do explorador é cerca de 60 bilhões de vezes o comprimento de Planck, 1,6 × 10⁻³⁵ metros, o próximo objeto menor no explorador.
Se 1 yoctômetro fosse ampliado ao tamanho da largura de um fio de cabelo humano, cerca de 0,1 milímetro, um próton teria cerca de 170 quilômetros de largura, e o cabelo teria a largura de cerca de um ano-luz.

A partícula mais pesada conhecida

O Particle Data Group, que reúne as medições de partículas feitas ao redor do mundo, atribui ao quark top uma massa de 172,56 ± 0,31 GeV. Os físicos de partículas medem a massa nessas unidades de energia, e um GeV equivale a um bilhão de elétrons-volts. A massa do quark top é próxima à de um átomo inteiro de ouro. É cerca de 40 vezes a massa do quark bottom, o próximo quark mais pesado.

Ser pesado não torna o quark top grande. Massa e tamanho são propriedades diferentes, e nenhum quark, pesado ou leve, mostrou qualquer tamanho em experimentos.

Uma partícula que mal dura

Cientistas dos experimentos CDF e DZero anunciaram a descoberta do quark top em 2 de março de 1995. Eles o encontraram no acelerador Tevatron, do Fermilab, que colidia prótons com antiprótons. Hoje, o Large Hadron Collider, no CERN, produz quarks top em pares, principalmente a partir de colisões entre glúons, as partículas que mantêm os quarks unidos.

Um quark top decai em menos de 10⁻²⁴ segundos, transformando-se em um bóson W e um quark bottom. Outros quarks se combinam para formar partículas maiores, chamadas hádrons, como os prótons, mas isso leva várias vezes 10⁻²⁴ segundos. O quark top decai antes de conseguir se juntar a algum deles. Ele tem vida curta demais para ser observado diretamente, então os experimentos o identificam pelas partículas em que ele decai.