מה הגודל של קווארק מוזר?
4 זפטומטרים!
הקווארק המוזר הוא השלישי בקלותו מבין ששת סוגי הקווארקים. הוא נמצא בחלקיקים קצרי חיים כמו קאונים, ואילו החומר הרגיל בנוי מקווארקי מעלה ומטה, שהם קלים יותר. אף ניסוי לא מדד לו גודל, ולכן הערך המוצג אינו מדידה. הניסויים מצאו רק שקווארקים, אם יש להם גודל כלשהו, אינם רחבים יותר מבערך חלק אחד מתוך 2,000 מרוחבו של פרוטון.
גודל
שורת הגודל מציגה 4 זפטומטרים. זפטומטר הוא 10−21 מטרים, אלפית של מיליארדית של מיליארדית המטר. הסימון 10−21 פירושו 1 חלקי 1 ואחריו 21 אפסים. אף ניסוי לא מדד גודל לשום סוג של קווארק.
במקום זאת הניסויים קבעו גבול עליון. במאיץ HERA גרם ניסוי ZEUS להתנגשות בין אלקטרונים לפרוטונים, ולא מצא סימן לכך שלקווארקים שבתוך הפרוטונים יש גודל כלשהו. ב-2016 דיווח הניסוי שרדיוס של קווארק חייב להיות קטן מ-4.3 × 10−19 מטרים, ולכן רוחבו של קווארק קטן מכ-8.6 × 10−19 מטרים.
הגבול הזה נובע מקווארקים שבתוך פרוטונים, ולא מקווארקים מוזרים דווקא. הוא גדול בערך פי 200 מהערך באתר, ולכן אף ניסוי אינו סותר את הערך הזה, ואף ניסוי אינו תומך בו.
השוואות גודל
- פרוטון, ברוחב של כ-1.7 פמטומטרים (1.7 × 10−15 מטרים), רחב בערך פי 2,000 מהגודל הגדול ביותר שהניסויים מאפשרים לקווארק.
- אילו הוגדל פרוטון לגודל של כדור כדורסל, ברוחב של כ-24 סנטימטרים, קווארק בגבול הזה היה ברוחב של כ-0.12 מילימטרים, רחב מעט יותר משערת אדם טיפוסית.
- באותו קנה מידה, אטום מימן היה ברוחב של כ-15 קילומטרים.
החלקיקים המוזרים הראשונים
ב-1947 דיווחו קליפורד באטלר וג'ורג' רוצ'סטר מאוניברסיטת מנצ'סטר על עקבות של חלקיקים שונים מכל מה שנראה קודם. הם צילמו אותם בתא ענן, מכשיר שבו חלקיקים טעונים חשמלית משאירים שובלים של עננים זעירים. החלקיקים נודעו בשם קאונים.
הקאונים לא התאימו לשום תמונה שהייתה לפיזיקאים באותה תקופה. הם היו כבדים, בערך חצי ממסת פרוטון, ובכל זאת חיו זמן ארוך יחסית לפני שהתפרקו. בשנות ה-50 הסבירו זאת מארי גל-מן, קאזוהיקו נישיג'ימה, אברהם פאיס ואחרים בתכונה חדשה בשם מוזרות. השם שיקף עד כמה מוזרים תמיד נראו החלקיקים.
כיום מייחסים את המוזרות לקווארק המוזר. קאון חיובי, למשל, הוא קווארק למעלה בצמד עם אנטי-קווארק מוזר, שהוא בן זוגו של הקווארק המוזר מן האנטי-חומר.
קווארק כבד יותר
לפי קבוצת נתוני החלקיקים (Particle Data Group), שאוספת את מדידות החלקיקים מרחבי העולם, מסת הקווארק המוזר היא 93.5 MeV. פיזיקאי חלקיקים נותנים מסות ביחידות אנרגיה, ו-MeV הוא מיליון אלקטרון-וולט. מסת הקווארק המוזר גדולה בערך פי 20 ממסת קווארק למטה, ופי 43 ממסת קווארק למעלה.
קווארקים כבדים יותר אינם יציבים, והכוח החלש הופך אותם לקלים יותר. לכן חלקיקים המכילים קווארקים מוזרים מתפרקים בסופו של דבר. קאון חיובי שורד בממוצע כ-12 מיליארדיות שנייה. חלקיק למדא, המורכב מקווארק למעלה, קווארק למטה וקווארק מוזר, חי כרבע ממיליארדית שנייה.
מקורות
- Summary Tables: Quarks. Particle Data Group, 2025.
- Limits on the effective quark radius from inclusive ep scattering at HERA. H. Abramowicz et al. (ZEUS Collaboration), Physics Letters B, 2016.
- Introduction to Particle Physics. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
- Quarks. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
- Meet the kaon. Nathan Collins, Symmetry, 2020.
- Charge Independence Theory of V Particles. Kazuhiko Nishijima, Progress of Theoretical Physics, 1955.
- SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
- Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
- Bohr radius. NIST CODATA, 2022.
- Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.