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 los experimentos permiten saber, 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 billonésima de metro.

Tamaño

En todos los experimentos hechos hasta ahora, los quarks se comportan como puntos. Para buscar el tamaño de una partícula, se le lanzan otras partículas y se observa cómo rebotan. El experimento ZEUS lo hizo en el acelerador HERA, donde hacía chocar electrones con protones, y no vio ninguna señal de que los quarks del interior de los protones tuvieran tamaño.

En 2016, ZEUS informó que el radio de esos quarks, si es que lo tienen, debe ser menor que 4.3 × 10⁻¹⁹ metros. Eso significa que miden menos de 8.6 × 10⁻¹⁹ metros de diámetro. Es un límite superior, no un tamaño, y proviene de los quarks del interior de los protones, no de quarks fondo aislados. Los 300 yoctómetros del explorador están muy por debajo de ese límite, así que ningún experimento podría confirmarlos ni descartarlos.

Comparaciones de tamaño

Un protón, de unos 1.7 femtómetros (1.7 × 10⁻¹⁵ metros) de diámetro, es unas 2,000 veces más ancho que el límite superior para un quark.
Si un protón se ampliara hasta el ancho de un balón de básquet, unos 24 centímetros, un quark no podría medir más de unos 0.12 milímetros de diámetro. Eso es un poco más ancho que un cabello humano.
El límite superior para un quark equivale a unos 50 mil billones de veces (5 × 10¹⁶) la longitud de Planck, que en el explorador es uno de los vecinos más cercanos del quark fondo.

Descubrimiento

El 30 de junio de 1977, un equipo de investigación del laboratorio de aceleradores Fermilab anunció una nueva partícula llamada úpsilon. Su experimento, el E288, estaba dirigido por Leon Lederman. Esa partícula es un quark fondo unido a un antiquark fondo, su contraparte de antimateria. Era unas tres veces más pesada que cualquier partícula descubierta 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 descubrió sino hasta 1995.

Pesado y nunca solo

El Particle Data Group, que reúne las mediciones de partículas de todo el mundo, da como masa del quark fondo 4.183 GeV. En física de partículas, la masa se mide en unidades de energía, y un GeV equivale a mil millones de electronvoltios. Eso hace que el quark fondo sea unas 4.5 veces más pesado que 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 terminado sin encontrar ninguno. Los quarks fondo siempre están ligados 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, casi sin antimateria.