How big is Quark arriba?

El quark arriba es el más ligero de los seis tipos de quark, las partículas que forman los protones y los neutrones. Ningún experimento ha medido su tamaño, así que la cifra que se muestra no es una medición. Los experimentos solo han comprobado que un quark, si es que tiene algún tamaño, no supera aproximadamente la dosmilésima parte del ancho de un protón.

Tamaño

La línea de tamaño indica 10 zeptómetros. Un zeptómetro es 10⁻²¹ metros, una milésima de milmillonésima de milmillonésima de metro. La notación 10⁻²¹ significa 1 dividido entre un 1 seguido de 21 ceros. El explorador da una cifra distinta a cada tipo de quark, pero ningún experimento ha medido el tamaño de ninguno de ellos.

Los físicos buscan el tamaño de una partícula lanzándole otras partículas y observando cómo se dispersan. El experimento ZEUS estudió colisiones entre electrones y protones en el acelerador HERA. No encontró ninguna señal de que los quarks del interior de los protones tuvieran tamaño. En 2016 informó de que el radio de un quark, si lo tiene, debe ser menor de 4,3 × 10⁻¹⁹ metros.

Por tanto, un quark mide menos de unos 8,6 × 10⁻¹⁹ metros de diámetro. Eso es un límite superior, no un tamaño. Equivale a unas 86 veces la cifra del explorador, de modo que los experimentos no descartan esa cifra, pero tampoco la respaldan.

Comparaciones de tamaño

Un protón, de unos 1,7 femtómetros (1,7 × 10⁻¹⁵ metros) de diámetro, tiene unas 2 000 veces el mayor tamaño que los experimentos permiten para un quark.
Si un quark en ese límite se agrandara hasta el tamaño de una pelota de tenis, de unos 6,7 centímetros de diámetro, un protón mediría unos 130 metros de diámetro.
A la misma escala, un átomo de hidrógeno mediría unos 8 200 kilómetros de diámetro, aproximadamente dos tercios del ancho de la Tierra.
Unos 100 billones de quarks en ese límite, colocados uno al lado del otro, abarcarían el grosor de un cabello humano, de unos 0,1 milímetros.

Dentro de los protones y los neutrones

La materia ordinaria está formada por dos tipos de quark, el quark arriba y el quark abajo. Un protón está formado por dos quarks arriba y un quark abajo. Un neutrón está formado por un quark arriba y dos quarks abajo.

Cada quark lleva una fracción de la carga eléctrica de un protón: +2/3 el quark arriba y −1/3 el quark abajo. Las cargas de los tres quarks de un protón suman +1. Las cargas de los tres quarks de un neutrón suman 0.

Los gluones, las partículas que transmiten la fuerza fuerte, mantienen unidos los quarks. Nadie ha encontrado nunca un quark aislado. Los físicos han buscado quarks sueltos en agua de mar, meteoritos, rayos cósmicos y aceleradores de partículas, sin éxito.

De dónde procede la masa de un protón

El Particle Data Group (Grupo de Datos de Partículas), que recopila las mediciones de partículas de todo el mundo, da para la masa del quark arriba el valor de 2,16 MeV. Los físicos de partículas expresan las masas en unidades de energía, y un MeV es un millón de electronvoltios. El quark arriba tiene menos de la mitad de la masa del quark abajo, que es de 4,70 MeV.

La masa de un protón es de unos 938 MeV. Sus dos quarks arriba y su quark abajo suman solo unos 9 MeV, es decir, alrededor del 1 % de esa masa. Casi todo el resto procede de las interacciones entre los quarks y los gluones que los unen.