How big is B-kvarko?
300 joktometroj!
La B-kvarko, ankaŭ nomata bela kvarko, estas la dua plej peza el la ses specoj de kvarko. Kvarkoj estas elementaj partikloj, ne konsistantaj el io pli malgranda, kiom eksperimentoj povas konstati, kaj ili konsistigas protonojn, neŭtronojn kaj multajn aliajn partiklojn. Neniu eksperimento mezuris grandon de la B-kvarko, do la 300 joktometroj montritaj supre ne estas mezuro. Joktometro estas 10−24 metroj, bilionono de bilionono de metro.
Grando
En ĉiu ĝisnuna eksperimento kvarkoj kondutas kiel punktoj. Fizikistoj serĉas la grandon de partiklo per pafado de aliaj partikloj kontraŭ ĝin kaj observado de tio, kiel ili resaltas. La eksperimento ZEUS faris tion ĉe la akcelilo HERA, koliziigante elektronojn kun protonoj, kaj ne vidis signon, ke la kvarkoj en la protonoj havas ian grandon.
En 2016 ZEUS raportis, ke la radiuso de tiuj kvarkoj, se ili havas ĝin, devas esti malpli ol 4,3 × 10−19 metroj. Tial ili estas malpli ol 8,6 × 10−19 metrojn larĝaj. Tio estas supra limo, ne grando, kaj ĝi venas de kvarkoj en protonoj, ne de B-kvarkoj mem. La 300 joktometroj en la esplorilo estas multe sub tiu limo, do neniu eksperimento povus konfirmi aŭ ekskludi tiun grandon.
Komparoj de grando
- Protono, ĉirkaŭ 1,7 femtometrojn (1,7 × 10−15 metrojn) larĝa, estas ĉirkaŭ 2 000 fojojn pli larĝa ol la supra limo por kvarko.
- Se protono pligrandiĝus ĝis la larĝo de korbopilko, ĉirkaŭ 24 centimetroj, kvarko povus esti ne pli ol ĉirkaŭ 0,12 milimetrojn larĝa. Tio estas iom pli ol la dikeco de homa haro.
- La supra limo por kvarko estas ĉirkaŭ 50 milionojn da miliardoj da fojoj (5 × 1016) pli granda ol la Plancka longo, unu el la plej proksimaj najbaroj de la B-kvarko en la esplorilo.
Malkovro
La 30-an de junio 1977 sciencistoj ĉe la akcelila laboratorio Fermilab anoncis novan partiklon nomatan ipsilono. Ilia eksperimento, E288, estis gvidata de Leon Lederman. La ipsilono estas B-kvarko ligita kun B-antikvarko, kiu estas la kontraŭmateria partnero de la B-kvarko. Ĝi estis ĉirkaŭ tri fojojn pli peza ol iu ajn antaŭe trovita partiklo.
La B-kvarko estis la unua kvarko de tria familio de partikloj. Ĝia partnero en tiu familio, la T-kvarko, estis trovita nur en 1995.
Peza, kaj neniam sola
La Particle Data Group, kiu kolektas mezurojn de partikloj tra la mondo, donas la mason de la B-kvarko kiel 4,183 GeV. Fizikistoj pri partikloj mezuras mason per unuoj de energio, kaj GeV estas miliardo da elektronvoltoj. Tial la B-kvarko estas ĉirkaŭ 4,5 fojojn pli peza ol tuta protono. Ĝia elektra ŝargo estas minus triono de la ŝargo de protono.
Kvarkoj neniam troviĝas solaj: ĉiu serĉo de libera kvarko estis sensukcesa. B-kvarkoj ĉiam estas ligitaj en pli grandaj partikloj. Ĉe CERN la eksperimento LHCb studas ilin por ekscii, kial la universo ŝajne konsistas preskaŭ tute el materio, kun preskaŭ neniu kontraŭmaterio.
Fontoj
- Summary Tables: Quarks. Particle Data Group, 2025.
- Limits on the effective quark radius from inclusive ep scattering at HERA. ZEUS Collaboration, Physics Letters B, 2016.
- Revisiting the b revolution. CERN Courier, 2017.
- January 1976: From the "Oops-Leon" to the Upsilon Particle. Dan Garisto, APS News, American Physical Society, 2022.
- The Nobel Prize in Physics 1995: Press release. Royal Swedish Academy of Sciences, 1995.
- LHCb. CERN.
- SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
- Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
- Proton mass energy equivalent in MeV. NIST CODATA, 2022.
- Planck length. NIST CODATA, 2022.
- Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.