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 encontrado que un quark, si es que tiene algún tamaño, no mide más de aproximadamente una dosmilésima parte del ancho de un protón.

Tamaño

El tamaño que aparece arriba es de 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 a cada tipo de quark una cifra distinta, pero ningún experimento ha medido el tamaño de ninguno de ellos.

Para buscar el tamaño de una partícula, los físicos le lanzan otras partículas y observan cómo se dispersan. El experimento ZEUS estudió choques 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 que el radio de un quark, si es que lo tiene, debe ser menor que 4.3 × 10⁻¹⁹ metros.

Por lo tanto, un quark mide menos de unos 8.6 × 10⁻¹⁹ metros de diámetro. Eso es un límite superior, no un tamaño. Es unas 86 veces la cifra del explorador, así 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, es unas 2,000 veces más ancho que el mayor tamaño que los experimentos permiten para un quark.
Si se ampliara un quark de ese tamaño límite hasta el 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, cerca de dos tercios del ancho de la Tierra.
Unos 100 billones de quarks de ese tamaño límite, colocados uno junto a otro, cubrirían el ancho 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 tiene una fracción de la carga eléctrica de un protón: +2/3 en el quark arriba y −1/3 en 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 quarks se mantienen unidos gracias a los gluones, las partículas que transmiten la fuerza nuclear fuerte. Nadie ha encontrado nunca un quark aislado. Los físicos han buscado quarks sueltos en el agua de mar, en meteoritos, en los rayos cósmicos y en aceleradores de partículas, sin éxito.

De dónde viene la masa de un protón

El Particle Data Group, que reúne las mediciones de partículas de todo el mundo, da como masa del quark arriba 2.16 MeV. Los físicos de partículas expresan la masa en unidades de energía, y un MeV equivale a 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, alrededor del 1 por ciento de esa masa. Casi todo el resto proviene de las interacciones entre los quarks y los gluones que los mantienen unidos.