How big is C-kvarko?
1 zeptometro!
La C-kvarko estas unu 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 C-kvarko, do la 1 zeptometro montrita supre ne estas mezuro. Zeptometro estas 10−21 metroj, miliardono 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 C-kvarkoj mem. La 1 zeptometro 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 la supra limo por kvarko pligrandiĝus ĝis la larĝo de tenisa pilko, ĉirkaŭ 6,7 centimetroj, protono estus ĉirkaŭ 130 metrojn larĝa. Hidrogena atomo estus ĉirkaŭ 8 200 kilometrojn larĝa, ĉirkaŭ du trionoj de la larĝo de la Tero.
- La supra limo por kvarko estas ĉirkaŭ 50 milionojn da miliardoj da fojoj (5 × 1016) pli granda ol la Plancka longo, la sekva pli malgranda objekto en la esplorilo, kiu havas difinitan valoron.
La Novembra Revolucio
En novembro 1974 du teamoj, laborantaj aparte, trovis la saman novan partiklon. La teamo de Burton Richter ĉe la Stanforda Lineara Akcelila Centro nomis ĝin psi, kaj la teamo de Samuel Ting ĉe la Nacia Laboratorio Brookhaven nomis ĝin J. La 11-an de novembro la du gvidantoj renkontiĝis kaj ekkomprenis, ke ili faris la saman malkovron. Richter kaj Ting dividis la Nobel-premion pri fiziko de 1976.
La J/psi, kiel ĝi nun nomiĝas, estas C-kvarko ligita kun C-antikvarko, kiu estas la kontraŭmateria partnero de la C-kvarko. La J/psi daŭris ĉirkaŭ mil fojojn pli longe ol fizikistoj atendis, kaj multaj konkludis, ke por klarigi ĝin necesas kvara speco de kvarko. La C-kvarko jam estis antaŭdirita, kaj ĝia malkovro igis kvar la nombron de la konataj kvarkoj.
Maso kaj ŝargo
La Particle Data Group, kiu kolektas mezurojn de partikloj tra la mondo, donas la mason de la C-kvarko kiel 1,273 GeV. Fizikistoj pri partikloj mezuras mason per unuoj de energio, kaj GeV estas miliardo da elektronvoltoj. Tial la C-kvarko estas ĉirkaŭ 1,4 fojojn pli peza ol tuta protono kaj preskaŭ 600 fojojn pli peza ol U-kvarko. Ĝia elektra ŝargo estas du trionoj de la ŝargo de protono.
Kiel aliaj kvarkoj, C-kvarkoj neniam troviĝas solaj. Ĉiu serĉo de libera kvarko ekde 1977 estis sensukcesa.
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.
- The Nobel Prize in Physics 1976: Press release. Royal Swedish Academy of Sciences, 1976.
- 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.
- SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
- Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
- Proton mass energy equivalent in MeV. NIST CODATA, 2022.
- Bohr radius. NIST CODATA, 2022.
- Planck length. NIST CODATA, 2022.
- Rules of Tennis 2026. International Tennis Federation, 2026.
- Earth Fact Sheet. NASA.