How big is U-kvarko?

La U-kvarko estas la plej malpeza el la ses specoj de kvarko, la partikloj, kiuj konsistigas protonojn kaj neŭtronojn. Neniu eksperimento mezuris grandon por ĝi, tial la montrata nombro ne estas mezuro. Eksperimentoj trovis nur, ke kvarko, se ĝi entute havas grandon, ne estas pli larĝa ol ĉirkaŭ unu dumilono de la larĝo de protono.

Grando

La esplorilo montras grandon de 10 zeptometroj. Zeptometro estas 10⁻²¹ metroj, tio estas milono de miliardono de miliardono de metro. La skribo 10⁻²¹ signifas 1 dividitan per 1 kun 21 nuloj post ĝi. La esplorilo donas al ĉiu speco de kvarko malsaman nombron, sed neniu eksperimento mezuris la grandon de iu el ili.

Fizikistoj serĉas la grandon de partiklo pafante aliajn partiklojn al ĝi kaj observante, kiel ili disiĝas. La eksperimento ZEUS studis kolizion inter elektronoj kaj protonoj ĉe la akcelilo HERA. Ĝi trovis neniun signon, ke la kvarkoj en la protonoj havas ian grandon. En 2016 ĝi raportis, ke se kvarko havas radiuson, tiu devas esti malpli ol 4,3 × 10⁻¹⁹ metroj.

Kvarko do estas malpli ol ĉirkaŭ 8,6 × 10⁻¹⁹ metrojn larĝa. Tio estas supra limo, ne grando. Tiu limo estas ĉirkaŭ 86 fojojn pli granda ol la nombro de la esplorilo, do eksperimentoj ne ekskludas tiun nombron, sed ankaŭ ne subtenas ĝin.

Komparoj de grando

Protono, ĉirkaŭ 1,7 femtometrojn (1,7 × 10⁻¹⁵ metrojn) larĝa, estas ĉirkaŭ 2 000 fojojn pli larĝa ol la plej granda grando, kiun eksperimentoj permesas por kvarko.
Se kvarko ĉe tiu limo pligrandiĝus ĝis la grando de tenispilko, ĉirkaŭ 6,7 centimetrojn larĝa, protono estus ĉirkaŭ 130 metrojn larĝa.
Laŭ la sama skalo hidrogena atomo estus ĉirkaŭ 8 200 kilometrojn larĝa, kio estas ĉirkaŭ du trionoj de la larĝo de la Tero.
Ĉirkaŭ 100 bilionoj da kvarkoj ĉe tiu limo, vicigitaj unu apud alia, atingus la dikecon de homa haro, kiu estas ĉirkaŭ 0,1 milimetrojn dika.

En protonoj kaj neŭtronoj

Ordinara materio konsistas el du specoj de kvarko, la U-kvarko kaj la D-kvarko. Protono konsistas el du U-kvarkoj kaj unu D-kvarko. Neŭtrono konsistas el unu U-kvarko kaj du D-kvarkoj.

Ĉiu kvarko portas frakcion de la elektra ŝargo de protono: +2/3 por U-kvarko kaj −1/3 por D-kvarko. La ŝargoj de la tri kvarkoj de protono sumiĝas al +1. La ŝargoj de la tri kvarkoj de neŭtrono sumiĝas al 0.

Kvarkojn kuntenas gluonoj, la partikloj, kiuj transdonas la fortan forton. Neniu iam trovis kvarkon solan. Fizikistoj serĉis unuopajn kvarkojn en marakvo, meteoritoj, kosmaj radioj kaj partikloakceliloj, senrezulte.

De kie venas la maso de protono

La Particle Data Group, kiu kolektas la mezurojn de partikloj tra la mondo, donas la mason de la U-kvarko kiel 2,16 MeV. Fizikistoj pri partikloj esprimas masojn en unuoj de energio, kaj MeV estas miliono da elektronvoltoj. La U-kvarko havas malpli ol duonon de la maso de la D-kvarko (4,70 MeV).

La maso de protono estas ĉirkaŭ 938 MeV. Ĝiaj du U-kvarkoj kaj unu D-kvarko kune sumiĝas al nur ĉirkaŭ 9 MeV, do al ĉirkaŭ 1 % de tio. Preskaŭ la tuta resto venas el la interagoj inter la kvarkoj kaj la gluonoj, kiuj kunligas la kvarkojn.