How big is Aşağı Kuark?

Aşağı kuark, yukarı kuarkla birlikte proton ve nötronları oluşturan iki kuark türünden biridir. Hiçbir deney bu kuark için bir büyüklük ölçmediğinden, gösterilen değer bir ölçüm değildir. Deneylerin saptadığı tek şey, bir kuarkın büyüklüğü varsa bile bir protonun genişliğinin yaklaşık iki binde birini aşmadığıdır.

Boyut

Boyut satırında 8 zeptometre yazıyor. Bir zeptometre 10⁻²¹ metredir; yani bir metrenin milyarda birinin milyarda birinin binde biri. 10⁻²¹ gösterimi, 1’in 1 ve ardından 21 sıfır gelen sayıya bölünmesi anlamına gelir. Hiçbir deney, herhangi bir kuark türü için bir büyüklük ölçmedi.

Fizikçiler büyüklük aramak için bir hedefe parçacıklar gönderir ve parçacıkların nasıl sektiğini inceler. HERA hızlandırıcısında ZEUS deneyi elektronları protonlarla çarpıştırdı ve içerideki kuarkların herhangi bir büyüklüğü olduğuna dair hiçbir işaret görmedi. ZEUS deneyi 2016’da bir kuarkın yarıçapının 4,3 × 10⁻¹⁹ metreden küçük olması gerektiğini bildirdi. Bu da bir kuarkın çapının yaklaşık 8,6 × 10⁻¹⁹ metreden küçük olduğu anlamına gelir.

Bu değer bir üst sınırdır, bir büyüklük değil. Bu üst sınır, bu sitedeki 8 zeptometrelik değerin yaklaşık 110 katıdır. Bu yüzden deneyler bu sitedeki değeri dışlamıyor, ama onu destekleyen bir şey de yok.

Boyut karşılaştırmaları

Bir proton, yaklaşık 1,7 femtometre (1,7 × 10⁻¹⁵ metre) çapında olup, deneylerin bir kuark için izin verdiği en büyük büyüklüğün yaklaşık 2.000 katı genişliğindedir.
Bu sınırdaki bir kuark, çapı yaklaşık 24 santimetre olan bir basketbol topu büyüklüğüne büyütülse, bir proton yaklaşık 470 metre çapında olurdu.
Aynı ölçekte bir hidrojen atomu yaklaşık 30.000 kilometre çapında olurdu; bu, Dünya’nın genişliğinin iki katından fazladır.
Yan yana dizilen, bu sınırdaki yaklaşık 120 milyon kuark, çapı yaklaşık 0,1 nanometre (bir metrenin milyarda birinin onda biri) olan bir hidrojen atomunun genişliğini baştan başa kaplardı.

Aşağı kuark nasıl değişir

Atom çekirdeğinin dışında tek başına duran bir nötron kararsızdır. Ortalama olarak yaklaşık 15 dakika yaşar. Ardından bir proton, bir elektron ve bir antinötrinoya bozunur; antinötrino, bir nötrinonun antimadde karşılığıdır. Bu sürece beta bozunumu denir.

Bir nötron bir yukarı ve iki aşağı kuarktan, bir proton ise iki yukarı ve bir aşağı kuarktan oluşur. Beta bozunumunda zayıf kuvvet, nötronun aşağı kuarklarından birini yukarı kuarka dönüştürür. Nötron bir W bozonu yayar; zayıf kuvveti taşıyan bir parçacık olan W bozonu da elektrona ve antinötrinoya dönüşür.

Bir aşağı kuark, bir protonun elektrik yükünün −1/3’ünü, bir yukarı kuark ise +2/3’ünü taşır. Bu değişim kuarkın yükünü 1 artırır ve elektronun −1 olan yükü bunu dengeler.

Kuarklar nasıl bulundu

1950’li yıllarda fizikçiler çok sayıda yeni parçacık keşfetti ve bunların arasında bir örüntü aradı. Kuark fikri 1964’te önerildi ve üç türü vardı: yukarı, aşağı ve acayip. Kuarklara adını fizikçi Murray Gell-Mann verdi. Yıllarca hiçbir kuark bulunamadı ve birçok fizikçi kuarkları yalnızca matematiksel fikirler olarak gördü.

İlk izler, 1967’de SLAC (Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi) ve MIT’den fizikçilerin başlattığı deneylerden geldi. Yaklaşık 3,2 kilometre uzunluğundaki bir hızlandırıcıda elektronları protonlara ve nötronlara doğru fırlattılar. Beklenenden çok daha fazla elektron büyük açılarla geri sekti; bu, içeride küçük, sert tanecikler olduğunun işaretiydi. Jerome Friedman, Henry Kendall ve Richard Taylor bu çalışma için 1990 Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştı.