How big is Quark extraño?

El quark extraño es el tercero más ligero de los seis tipos de quark. Se encuentra en partículas de vida breve, como los kaones, mientras que la materia ordinaria se compone de los quarks arriba y abajo, más ligeros. Ningún experimento ha medido un tamaño para el quark extraño, así que la cifra que aparece no es una medición. Los experimentos solo han establecido que los quarks, si es que tienen algún tamaño, no miden más de aproximadamente una dosmilésima parte del ancho de un protón.

Tamaño

La línea de tamaño dice 4 zeptómetros. Un zeptómetro es 10⁻²¹ metros, una milésima de una milmillonésima de una milmillonésima de metro. La notación 10⁻²¹ significa 1 dividido entre un 1 seguido de 21 ceros. Ningún experimento ha medido un tamaño para ningún tipo de quark.

En su lugar, los experimentos han fijado un límite superior. En el acelerador HERA, el experimento ZEUS hizo chocar electrones con protones y no encontró señal alguna de que los quarks del interior tuvieran tamaño. En 2016 informó de que el radio de un quark tiene que ser inferior a 4,3 × 10⁻¹⁹ metros, de modo que un quark mide menos de unos 8,6 × 10⁻¹⁹ metros de diámetro.

Ese límite procede de quarks que están dentro de protones, no de quarks extraños en concreto. Es unas 200 veces la cifra del explorador, así que ningún experimento contradice esa cifra y ninguno la respalda.

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 mayor tamaño que los experimentos permiten para un quark.
Si un protón se agrandara hasta el tamaño de un balón de baloncesto, de unos 24 centímetros de diámetro, un quark en ese límite mediría unos 0,12 milímetros de diámetro, algo más que el grosor de un cabello humano típico.
A la misma escala, un átomo de hidrógeno tendría unos 15 kilómetros de diámetro.

Las primeras partículas extrañas

En 1947, Clifford Butler y George Rochester, de la Universidad de Mánchester, informaron de rastros de partículas distintos de cualquiera visto antes. Los habían fotografiado en una cámara de niebla, un dispositivo en el que las partículas con carga eléctrica dejan estelas de diminutas nubes. Con el tiempo, esas partículas pasaron a conocerse como kaones.

Los kaones no encajaban en ninguno de los esquemas que tenían los físicos de la época. Eran pesados, de aproximadamente la mitad de la masa de un protón, pero duraban relativamente mucho antes de desintegrarse. En la década de 1950, Murray Gell-Mann, Kazuhiko Nishijima, Abraham Pais y otros lo explicaron con una nueva propiedad llamada extrañeza. El nombre reflejaba lo raras que siempre habían parecido esas partículas.

Hoy se atribuye la extrañeza al quark extraño. Un kaón positivo, por ejemplo, es un quark arriba emparejado con un antiquark extraño, la pareja de antimateria del quark extraño.

Un quark más pesado

El Particle Data Group, que reúne las mediciones de partículas de todo el mundo, da para la masa del quark extraño un valor de 93,5 MeV. Los físicos de partículas expresan las masas en unidades de energía, y un MeV es un millón de electronvoltios. La masa del quark extraño es unas 20 veces la de un quark abajo y 43 veces la de un quark arriba.

Los quarks más pesados son inestables, y la fuerza débil los transforma en otros más ligeros. Por eso las partículas que contienen quarks extraños acaban desintegrándose. Un kaón positivo sobrevive, de media, unas 12 milmillonésimas de segundo. La partícula lambda, formada por un quark arriba, uno abajo y uno extraño, dura aproximadamente un cuarto de milmillonésima de segundo.