How big is Quark abajo?

El quark abajo es, junto con el quark arriba, uno de los dos tipos de quark que forman los protones y los neutrones. Ningún experimento ha medido un tamaño para esta partícula, así que la cifra que se muestra no es una medición. Lo único que han encontrado los experimentos es que un quark, si es que tiene algún tamaño, mide, como máximo, alrededor de la dosmilésima parte del ancho de un protón.

Tamaño

La cifra de tamaño que aparece arriba es de 8 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. Ningún experimento ha medido un tamaño para ningún tipo de quark.

Para buscar un tamaño, los físicos lanzan partículas contra un blanco y estudian cómo rebotan. En el acelerador HERA, el experimento ZEUS hizo chocar electrones con protones y no encontró ninguna señal de que los quarks de su interior tuvieran tamaño. En 2016 informó que el radio de un quark debe ser menor que 4.3 × 10⁻¹⁹ metros. Eso quiere decir que un quark mide menos de unos 8.6 × 10⁻¹⁹ metros de diámetro.

Esa cifra es un límite superior, no un tamaño. Equivale a unas 110 veces la cifra de 8 zeptómetros del explorador. Por lo tanto, los experimentos no descartan la cifra del explorador, pero tampoco hay nada que la respalde.

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 mayor tamaño que los experimentos permiten para un quark.
Si un quark del tamaño límite se ampliara hasta tener el tamaño de un balón de básquet, de unos 24 centímetros de diámetro, un protón mediría unos 470 metros de diámetro.
A la misma escala, un átomo de hidrógeno mediría unos 30,000 kilómetros de diámetro, más del doble del diámetro de la Tierra.
Unos 120 millones de quarks del tamaño límite, colocados en fila uno junto a otro, cubrirían el ancho de un átomo de hidrógeno, que mide unos 0.1 nanómetros (una décima de milmillonésima de metro) de diámetro.

Cómo cambia un quark abajo

Un neutrón aislado, fuera de un núcleo atómico, es inestable. En promedio dura unos 15 minutos. Después se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino, la contraparte de antimateria de un neutrino. Este proceso se llama desintegración beta.

Un neutrón está formado por un quark arriba y dos quarks abajo, y un protón, por dos quarks arriba y un quark abajo. En la desintegración beta, la fuerza débil convierte uno de los quarks abajo del neutrón en un quark arriba. El neutrón emite un bosón W, una partícula que transmite la fuerza débil, y el bosón W se convierte en el electrón y el antineutrino.

Un quark abajo tiene −1/3 de la carga eléctrica de un protón, y un quark arriba, +2/3. El cambio aumenta en 1 la carga del quark, y la carga del electrón, de −1, lo compensa.

Cómo se descubrieron los quarks

Durante la década de 1950, los físicos descubrieron una gran cantidad de partículas nuevas y buscaron un patrón entre ellas. La idea de los quarks se propuso en 1964, con tres tipos: arriba, abajo y extraño. El físico Murray Gell-Mann les dio su nombre a los quarks. Durante años no se pudo encontrar ninguno, y muchos físicos los consideraban solo ideas matemáticas.

Los primeros indicios vinieron de experimentos iniciados en 1967 por físicos del MIT y del SLAC, el Centro del Acelerador Lineal de Stanford. Hicieron recorrer a los electrones un acelerador de unos 3.2 kilómetros de largo y los lanzaron contra protones y neutrones. Muchos más electrones de lo esperado rebotaron con ángulos grandes, una señal de que dentro había granos pequeños y duros. Jerome Friedman, Henry Kendall y Richard Taylor compartieron el Premio Nobel de Física de 1990 por este trabajo.