How big is Quark fondo?

El quark fondo, también llamado quark belleza, es el segundo más pesado de los seis tipos de quark. Los quarks son partículas elementales: hasta donde pueden determinar los experimentos, no están formados por nada más pequeño. Son los componentes básicos de los protones, los neutrones y muchas otras partículas. Ningún experimento ha medido un tamaño para el quark fondo, así que los 300 yoctómetros que aparecen arriba no son una medición. Un yoctómetro es 10⁻²⁴ metros, una billonésima de una billonésima de metro.

Tamaño

En todos los experimentos realizados hasta ahora, los quarks se comportan como puntos. Los físicos buscan el tamaño de una partícula lanzándole otras partículas y observando cómo rebotan. El experimento ZEUS lo hizo en el acelerador HERA, haciendo chocar electrones con protones, y no vio señal alguna de que los quarks del interior de los protones tuvieran tamaño.

En 2016, ZEUS informó de que el radio de esos quarks, si lo tienen, tiene que ser menor que 4,3 × 10⁻¹⁹ metros. Eso significa que tienen menos de 8,6 × 10⁻¹⁹ metros de diámetro. Es un límite superior, no un tamaño, y procede de quarks que están dentro de protones, no de quarks fondo aislados. Los 300 yoctómetros del explorador quedan muy por debajo de este límite, así que ningún experimento podría confirmar esa cifra ni descartarla.

Comparaciones de tamaño

Un protón, de unos 1,7 femtómetros (1,7 × 10⁻¹⁵ metros) de diámetro, tiene unas 2 000 veces el ancho del límite superior para un quark.
Si un protón se agrandara hasta el ancho de un balón de baloncesto, de unos 24 centímetros, un quark no podría medir más de unos 0,12 milímetros de diámetro. Eso es algo más que el grosor de un cabello humano.
El límite superior para un quark es de unos 50 000 billones (5 × 10¹⁶) de veces la longitud de Planck, uno de los vecinos más cercanos del quark fondo en el explorador.

El descubrimiento

El 30 de junio de 1977, científicos del laboratorio de aceleradores Fermilab anunciaron una nueva partícula llamada ípsilon. Su experimento, E288, estaba dirigido por Leon Lederman. La ípsilon es un quark fondo unido a un antiquark fondo, su pareja de antimateria. Tenía unas tres veces la masa de cualquier partícula encontrada hasta entonces.

El quark fondo fue el primer quark de una tercera familia de partículas. Su compañero en esa familia, el quark cima, no se encontró hasta 1995.

Pesado y nunca solo

El Particle Data Group, que reúne las mediciones de partículas de todo el mundo, da para la masa del quark fondo un valor de 4,183 GeV. Los físicos de partículas miden la masa en unidades de energía, y un GeV son mil millones de electronvoltios. Eso hace que el quark fondo tenga unas 4,5 veces la masa de un protón entero. Su carga eléctrica es menos un tercio de la de un protón.

Los quarks nunca se encuentran solos: todas las búsquedas de un quark libre han resultado infructuosas. Los quarks fondo siempre están unidos dentro de partículas más grandes. En el CERN, el experimento LHCb los estudia para averiguar por qué el universo parece estar hecho casi por completo de materia, con casi nada de antimateria.