How big is Üst Kuark?

Üst kuark, 2026 itibarıyla bilinen en ağır temel parçacıktır. Deneylerin gösterebildiği kadarıyla temel parçacık, daha küçük hiçbir şeyden oluşmaz. Üst kuarkın ölçülmüş bir büyüklüğü yoktur; bu yüzden yukarıda gösterilen 1 yoktometre bir ölçüm değil, yer tutucu bir değerdir. Bu değer, herhangi bir deneyin saptayabileceğinden çok daha küçük bir büyüklüğü temsil eder.

Boyut

Bir yoktometre 10⁻²⁴ metredir; yani bir metrenin trilyonda birinin trilyonda biridir. Hiçbir deney, üst kuark için de başka herhangi bir kuark için de bir büyüklük ölçmedi. Şimdiye kadarki her testte kuarklar nokta gibi davranıyor.

Fizikçiler bir parçacığın büyüklüğünü, ona başka parçacıklar fırlatıp nasıl geri sektiklerini izleyerek araştırır. ZEUS deneyi, HERA hızlandırıcısında elektronlarla protonların çarpışmalarını inceledi ve protonların içindeki kuarkların herhangi bir büyüklüğü olduğuna dair bir işaret görmedi. ZEUS deneyi 2016’da, bu kuarkların bir yarıçapı varsa bunun 4,3 × 10⁻¹⁹ metreden küçük olması gerektiğini bildirdi. Bu bir üst sınırdır, bir büyüklük değil; üstelik üst kuarktan değil, protonların içinde bulunan kuarklardan elde edilmiştir.

Boyut karşılaştırmaları

Protonların içindeki kuarklar için üst sınır yaklaşık 8,6 × 10⁻¹⁹ metre genişliğindedir ve bu sitedeki değerin yaklaşık 860.000 katıdır.
Bir proton, yaklaşık 1,7 femtometre (1,7 × 10⁻¹⁵ metre) genişliğindedir ve bir kuark için bu üst sınırın yaklaşık 2.000 katı kadar geniştir.
Bu sitedeki 1 yoktometre, bu sitedeki bir sonraki daha küçük nesne olan Planck uzunluğunun (1,6 × 10⁻³⁵ metre) yaklaşık 60 milyar katıdır.
1 yoktometre, bir insan saçının kalınlığına, yani yaklaşık 0,1 milimetreye büyütülse, bir proton yaklaşık 170 kilometre genişliğinde olurdu ve saç yaklaşık bir ışık yılı kalınlığında olurdu.

Bilinen en ağır parçacık

Dünya genelindeki parçacık ölçümlerini derleyen Particle Data Group, üst kuarkın kütlesini 172,56 ± 0,31 GeV olarak veriyor. Parçacık fizikçileri kütleyi bu enerji birimleriyle ölçer; bir GeV bir milyar elektronvolttur. Üst kuarkın kütlesi, bütün bir altın atomunun kütlesine yakındır. Kütlesi, ondan sonraki en ağır kuark olan alt kuarkın kütlesinin yaklaşık 40 katıdır.

Ağır olmak üst kuarkı büyük yapmaz. Kütle ve büyüklük ayrı özelliklerdir; ağır da olsa hafif de olsa hiçbir kuark deneylerde herhangi bir büyüklük göstermemiştir.

Ömrü çok kısa bir parçacık

CDF ve DZero deneylerindeki bilim insanları, üst kuarkın keşfini 2 Mart 1995’te duyurdu. Üst kuarkı, protonları antiprotonlarla çarpıştıran Fermilab’ın Tevatron hızlandırıcısında buldular. Bugün CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı üst kuarkları çiftler halinde üretiyor; bunlar çoğunlukla, kuarkları bir arada tutan parçacıklar olan gluonların çarpışmalarından doğuyor.

Bir üst kuark, 10⁻²⁴ saniyeden kısa bir sürede bir W bozonuna ve bir alt kuarka bozunur. Diğer kuarklar birleşerek hadron denen daha büyük parçacıkları, örneğin protonları oluşturur; ama bu, 10⁻²⁴ saniyenin birkaç katı sürer. Üst kuark, bir hadrona katılmaya fırsat bulamadan bozunur. Doğrudan gözlemlenemeyecek kadar kısa ömürlü olduğundan deneyler onu, bozunduğu parçacıklara bakarak belirler.