How big is S-kvark?

S-kvark on kuuest kvargiliigist kolmas kergeim. Seda leidub lühikese elueaga osakestes, näiteks kaoonides, tavaline aine koosneb aga kergematest U-kvarkidest ja D-kvarkidest. Ükski katse pole mõõtnud selle suurust, seepärast ei ole näidatud väärtus mõõtmistulemus. Katsed on näidanud vaid, et kvargid, kui neil üldse mingi suurus on, ei ole laiemad kui umbes üks kahetuhandik prootoni laiusest.

Suurus

Suurusrida näitab 4 zeptomeetrit. Zeptomeeter on 10⁻²¹ meetrit, meetri miljardiku miljardiku tuhandik. Tähis 10⁻²¹ tähendab 1 jagatuna ühega, millele järgneb 21 nulli. Ükski katse pole mõõtnud ühegi kvargiliigi suurust.

Selle asemel on katsed andnud ülempiiri. HERA kiirendis põrgatas ZEUS-katse elektrone prootonitega ega leidnud mingeid märke, et prootonite sees olevatel kvarkidel oleks suurust. 2016. aastal teatas ZEUS-katse, et kvargi raadius peab olema väiksem kui 4,3 × 10⁻¹⁹ meetrit, seega on kvargi läbimõõt väiksem kui umbes 8,6 × 10⁻¹⁹ meetrit.

See piir pärineb prootonites olevatest kvarkidest, mitte konkreetselt S-kvarkidest. Piir on umbes 200 korda suurem kui sellel saidil näidatud väärtus, seega ükski katse ei räägi sellele väärtusele vastu ega toeta seda.

Suuruste võrdlused

Prooton, mille läbimõõt on umbes 1,7 femtomeetrit (1,7 × 10⁻¹⁵ meetrit), on umbes 2 000 korda laiem kui suurim suurus, mida katsed kvargile võimaldavad.
Kui prooton oleks suurendatud korvpalli suuruseks, mille läbimõõt on umbes 24 sentimeetrit, oleks ülempiiri suurune kvark umbes 0,12 millimeetrit lai, veidi laiem kui tavaline inimese juuksekarv.
Samas mõõtkavas oleks vesinikuaatom umbes 15 kilomeetrit lai.

Esimesed veidrad osakesed

1947. aastal teatasid Manchesteri ülikooli teadlased Clifford Butler ja George Rochester osakeste jälgedest, mis ei sarnanenud millegi varem nähtuga. Nad olid need pildistanud udukambris, seadmes, milles elektriliselt laetud osakesed jätavad endast maha pisikeste pilvekeste jälje. Osakesi hakati nimetama kaoonideks.

Kaoonid ei sobinud ühegi ettekujutusega, mis füüsikutel sel ajal oli. Need olid rasked, umbes poole prootoni massiga, ent püsisid enne lagunemist suhteliselt kaua. 1950. aastatel selgitasid seda Murray Gell-Mann, Kazuhiko Nishijima, Abraham Pais ja teised uue omadusega, mida nimetati veidruseks. Nimi peegeldas seda, kui veidrad need osakesed olid alati tundunud.

Tänapäeval seletatakse veidrust S-kvargiga. Näiteks positiivne kaoon koosneb U-kvargist ja S-antikvargist, mis on S-kvargi antiaine paariline.

Raskem kvark

Particle Data Group, mis koondab osakeste mõõtmistulemusi üle maailma, esitab S-kvargi massiks 93,5 MeV. Osakestefüüsikud annavad massi energiaühikutes ja üks MeV on miljon elektronvolti. S-kvargi mass on umbes 20 korda suurem kui D-kvargi mass ja 43 korda suurem kui U-kvargi mass.

Raskemad kvargid on ebapüsivad ja nõrk vastastikmõju muudab need kergemateks kvarkideks. Seepärast S-kvarke sisaldavad osakesed lõpuks lagunevad. Positiivne kaoon püsib keskmiselt umbes 12 miljardikku sekundit. Lambda-osake, mis koosneb ühest U-kvargist, ühest D-kvargist ja ühest S-kvargist, püsib umbes veerand miljardikku sekundit.