How big is Quarc down?

Quarcul down este unul dintre cele două tipuri de quarci care alcătuiesc protonii și neutronii, alături de quarcul up. Niciun experiment nu a măsurat o dimensiune pentru el, așa că valoarea afișată nu este o măsurătoare. Experimentele au constatat doar că un quarc, dacă are vreo dimensiune, nu depășește aproximativ a două miia parte din lățimea unui proton.

Dimensiune

Linia de dimensiune indică 8 zeptometri. Un zeptometru este 10⁻²¹ metri, adică o miime dintr-o miliardime dintr-o miliardime de metru. Notația 10⁻²¹ înseamnă 1 împărțit la un 1 urmat de 21 de zerouri. Niciun experiment nu a măsurat o dimensiune pentru vreun tip de quarc.

Pentru a căuta o dimensiune, fizicienii trimit particule într-o țintă și studiază cum ricoșează acestea. La acceleratorul HERA, experimentul ZEUS a ciocnit electroni cu protoni și nu a observat niciun semn că quarcii dinăuntru ar avea vreo dimensiune. În 2016, a raportat că raza unui quarc trebuie să fie mai mică de 4,3 × 10⁻¹⁹ metri. Asta înseamnă că un quarc are mai puțin de aproximativ 8,6 × 10⁻¹⁹ metri în diametru.

Această valoare este o limită superioară, nu o dimensiune. Ea este de aproximativ 110 ori mai mare decât valoarea de 8 zeptometri din explorator. Prin urmare, experimentele nu exclud valoarea din explorator, dar nici nu o susține nimic.

Comparații de dimensiune

Un proton, cu un diametru de aproximativ 1,7 femtometri (1,7 × 10⁻¹⁵ metri), este de aproximativ 2.000 de ori mai lat decât cea mai mare dimensiune pe care o permit experimentele pentru un quarc.
Dacă un quarc de la această limită ar fi mărit până la dimensiunea unei mingi de baschet, cu un diametru de aproximativ 24 de centimetri, un proton ar avea un diametru de aproximativ 470 de metri.
La aceeași scară, un atom de hidrogen ar avea un diametru de aproximativ 30.000 de kilometri, adică mai mult de două ori lățimea Pământului.
Aproximativ 120 de milioane de quarci de la această limită, puși unul lângă altul, ar acoperi lățimea unui atom de hidrogen, care are un diametru de aproximativ 0,1 nanometri (o zecime dintr-o miliardime de metru).

Cum se transformă un quarc down

Un neutron izolat, în afara nucleului unui atom, este instabil. În medie, el trăiește aproximativ 15 minute. Apoi se dezintegrează într-un proton, un electron și un antineutrin, partenerul de antimaterie al unui neutrin. Acest proces se numește dezintegrare beta.

Un neutron este alcătuit dintr-un quarc up și doi quarci down, iar un proton din doi quarci up și un quarc down. În dezintegrarea beta, forța slabă transformă unul dintre quarcii down ai neutronului într-un quarc up. Neutronul emite un boson W, o particulă care transmite forța slabă, iar bosonul W se transformă în electron și antineutrin.

Un quarc down are −1/3 din sarcina electrică a unui proton, iar un quarc up are +2/3. Transformarea mărește sarcina quarcului cu 1, iar sarcina de −1 a electronului compensează această creștere.

Cum au fost descoperiți quarcii

În anii 1950, fizicienii au descoperit un număr mare de particule noi și au căutat un tipar între ele. Ideea de quarci a fost propusă în 1964, cu trei tipuri: up, down și strange. Fizicianul Murray Gell-Mann a dat quarcilor numele lor. Ani la rând, niciunul nu a putut fi găsit, iar mulți fizicieni îi considerau doar idei matematice.

Primele urme au venit din experimentele începute în 1967 de fizicieni de la SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) și MIT. Ei au trimis electroni, de-a lungul unui accelerator lung de aproximativ 3,2 kilometri, asupra protonilor și neutronilor. Mult mai mulți electroni decât se aștepta au ricoșat sub unghiuri mari, un semn că înăuntru se află grăunțe mici și dure. Jerome Friedman, Henry Kendall și Richard Taylor au împărțit Premiul Nobel pentru Fizică din 1990 pentru această lucrare.