How big is Quarc top?

Quarcul top este cea mai grea particulă elementară cunoscută în 2026. O particulă elementară nu este alcătuită din nimic mai mic, din câte pot spune experimentele. Quarcul top nu are o dimensiune măsurată, așa că valoarea de 1 yoctometru afișată mai sus este provizorie, nu o măsurătoare. Ea corespunde unei dimensiuni mult mai mici decât poate detecta orice experiment.

Dimensiune

Un yoctometru este 10⁻²⁴ metri, adică o miime dintr-o miliardime dintr-o miime dintr-o miliardime de metru. Niciun experiment nu a măsurat o dimensiune pentru quarcul top și nici pentru vreun alt quarc. În toate testele de până acum, quarcii se comportă ca niște puncte.

Fizicienii caută dimensiunea unei particule trimițând alte particule spre ea și urmărind cum ricoșează. Experimentul ZEUS a studiat ciocnirile dintre electroni și protoni la acceleratorul HERA și nu a văzut niciun semn că quarcii din interiorul protonilor ar avea vreo dimensiune. În 2016, ZEUS a raportat că raza acestor quarci, dacă au una, trebuie să fie mai mică decât 4,3 × 10⁻¹⁹ metri. Aceasta este o limită superioară, nu o dimensiune, și provine de la quarcii din protoni, nu de la quarcul top.

Comparații de dimensiune

Limita superioară pentru quarcii din protoni, de aproximativ 8,6 × 10⁻¹⁹ metri în diametru, este de aproximativ 860.000 de ori valoarea din explorator.
Un proton, de aproximativ 1,7 femtometri (1,7 × 10⁻¹⁵ metri) în diametru, este de aproximativ 2.000 de ori mai lat decât acea limită superioară pentru un quarc.
Valoarea de 1 yoctometru din explorator este de aproximativ 60 de miliarde de ori lungimea Planck, de 1,6 × 10⁻³⁵ metri, următorul obiect mai mic din explorator.
Dacă 1 yoctometru ar fi mărit până la grosimea unui fir de păr uman, de aproximativ 0,1 milimetri, un proton ar avea aproximativ 170 de kilometri în diametru, iar firul de păr ar avea o lățime de aproximativ un an-lumină.

Cea mai grea particulă cunoscută

Particle Data Group, care adună măsurătorile de particule din întreaga lume, dă masa quarcului top ca fiind de 172,56 ± 0,31 GeV. Fizicienii particulelor măsoară masa în aceste unități de energie, iar un GeV este un miliard de electronvolți. Masa quarcului top este apropiată de masa unui atom întreg de aur. Ea este de aproximativ 40 de ori masa quarcului bottom, următorul cel mai greu quarc.

Faptul că quarcul top este greu nu înseamnă că este mare. Masa și dimensiunea sunt proprietăți separate, iar niciun quarc, greu sau ușor, nu a arătat vreo dimensiune în experimente.

O particulă cu viață foarte scurtă

Oamenii de știință de la experimentele CDF și DZero au anunțat descoperirea quarcului top pe 2 martie 1995. L-au găsit la acceleratorul Tevatron al laboratorului Fermilab, în care se ciocneau protoni cu antiprotoni. Astăzi, Marele Accelerator de Hadroni de la CERN produce quarci top în perechi, mai ales din ciocniri între gluoni, particulele care țin quarcii laolaltă.

Un quarc top se dezintegrează în mai puțin de 10⁻²⁴ secunde, într-un boson W și un quarc bottom. Ceilalți quarci se unesc între ei în particule mai mari numite hadroni, cum sunt protonii, dar acest lucru durează de câteva ori 10⁻²⁴ secunde. Quarcul top se dezintegrează înainte să se poată uni cu alți quarci. Are o viață prea scurtă ca să fie observat direct, așa că experimentele îl identifică după particulele în care se dezintegrează.