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 corta, como los kaones, mientras que la materia ordinaria está formada por los quarks arriba y abajo, que son más ligeros. Ningún experimento ha medido su tamaño, así que la cifra que se muestra no es una medición. Lo único que han encontrado los experimentos es que los quarks, si es que tienen algún tamaño, no miden más de alrededor de una dosmilésima parte del ancho de un protón.

Tamaño

El tamaño que aparece arriba es de 4 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 el tamaño de ningún tipo de quark.

En cambio, los experimentos han fijado un límite superior. 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, así que un quark mide menos de unos 8.6 × 10⁻¹⁹ metros de diámetro.

Ese límite proviene de los quarks del interior de los protones, no de los quarks extraños en particular. 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, es unas 2,000 veces más ancho que el tamaño máximo que los experimentos permiten para un quark.
Si un protón se ampliara hasta el tamaño de un balón de básquet, de unos 24 centímetros de diámetro, un quark de ese tamaño límite mediría unos 0.12 milímetros de diámetro, un poco más que el grosor de un cabello humano típico.
A la misma escala, un átomo de hidrógeno mediría unos 15 kilómetros de diámetro.

Las primeras partículas extrañas

En 1947, Clifford Butler y George Rochester, de la Universidad de Mánchester, reportaron las trazas de unas partículas distintas de todas las que se habían visto antes. Las habían fotografiado en una cámara de niebla, un aparato en el que las partículas con carga eléctrica dejan estelas de nubes diminutas. Con el tiempo, esas partículas recibieron el nombre de kaones.

Los kaones no encajaban en ninguna de las ideas de la física de la época. Eran pesados, con cerca de la mitad de la masa de un protón, y sin embargo duraban un tiempo relativamente largo antes de desintegrarse. En la década de 1950, Murray Gell-Mann, Kazuo Nishijima y Abraham Pais, entre otros, lo explicaron con una nueva propiedad llamada extrañeza. El nombre reflejaba lo raras que siempre habían parecido esas partículas.

Hoy, la extrañeza se atribuye al quark extraño. Un kaón positivo, por ejemplo, está formado por un quark arriba unido a un antiquark extraño, la contraparte de antimateria del quark extraño.

Un quark más pesado

El Particle Data Group, que reúne las mediciones de partículas de todo el mundo, da como masa del quark extraño 93.5 MeV. En física de partículas, las masas se expresan en unidades de energía, y un MeV equivale a 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 tarde o temprano se desintegran. Un kaón positivo sobrevive en promedio unas 12 milmillonésimas de segundo. La partícula lambda, formada por un quark arriba, uno abajo y uno extraño, dura alrededor de una cuarta parte de una milmillonésima de segundo.