How big is t-кварк?

Станом на 2026 рік t-кварк — найважча з відомих елементарних частинок. Елементарна частинка, наскільки можна судити з експериментів, не складається з нічого меншого. Розміру t-кварка не виміряно, тому 1 йоктометр, указаний вище, — це умовне значення, а не результат вимірювання. Це значення позначає розмір, набагато менший за той, який може виявити будь-який експеримент.

Розмір

Йоктометр — це 10⁻²⁴ метра, трильйонна частка трильйонної частки метра. Жоден експеримент не виміряв розміру t-кварка чи будь-якого іншого кварка. У всіх досі проведених дослідах кварки поводяться як точки.

Щоб визначити розмір частинки, фізики спрямовують на неї інші частинки й спостерігають, як вони відскакують. Експеримент ZEUS на прискорювачі HERA вивчав зіткнення електронів із протонами й не помітив жодних ознак того, що кварки всередині протонів мають якийсь розмір. У 2016 році в ZEUS повідомили, що радіус цих кварків, якщо він у них є, має бути меншим за 4,3 × 10⁻¹⁹ метра. Це верхня межа, а не розмір, і її отримано для кварків усередині протонів, а не для t-кварка.

Порівняння розмірів

Верхня межа для кварків усередині протонів, близько 8,6 × 10⁻¹⁹ метра в поперечнику, приблизно у 860 000 разів більша за значення на цьому сайті.
Протон діаметром близько 1,7 фемтометра (1,7 × 10⁻¹⁵ метра) приблизно у 2 000 разів ширший за цю верхню межу для кварка.
Показаний на цьому сайті 1 йоктометр приблизно у 60 мільярдів разів більший за довжину Планка, 1,6 × 10⁻³⁵ метра, наступний менший об’єкт на цьому сайті.
Якби 1 йоктометр збільшили до ширини людської волосини, близько 0,1 міліметра, протон мав би в поперечнику приблизно 170 кілометрів, а волосина була б завширшки приблизно в один світловий рік.

Найважча з відомих частинок

Particle Data Group, яка збирає результати вимірювань частинок з усього світу, подає масу t-кварка як 172,56 ± 0,31 ГеВ. Фізики елементарних частинок вимірюють масу в таких одиницях енергії, а ГеВ — це мільярд електронвольтів. Маса t-кварка близька до маси цілого атома золота. Вона приблизно у 40 разів більша за масу b-кварка, наступного за масою кварка.

Те, що t-кварк важкий, не робить його великим. Маса й розмір — різні властивості, і в експериментах жоден кварк, важкий чи легкий, не виявив жодного розміру.

Частинка, яка ледве існує

Науковці з експериментів CDF і DZero оголосили про відкриття t-кварка 2 березня 1995 року. Вони знайшли його на Теватроні — прискорювачі Фермілабу, де протони зіштовхували з антипротонами. Нині Великий адронний колайдер у ЦЕРНі створює t-кварки парами, здебільшого під час зіткнень між глюонами — частинками, які утримують кварки разом.

t-кварк розпадається менш ніж за 10⁻²⁴ секунди на W-бозон і b-кварк. Інші кварки об’єднуються в більші частинки, які називають адронами, як-от протони, але на це потрібен час, у кілька разів більший за 10⁻²⁴ секунди. t-кварк розпадається, не встигнувши увійти до складу жодного адрона. Він живе надто коротко, щоб його можна було спостерігати безпосередньо, тому в експериментах його впізнають за частинками, на які він розпадається.