How big is 맵시 쿼크?

맵시 쿼크는 여섯 종류의 쿼크 중 하나이다. 쿼크는 실험으로 알 수 있는 한 더 작은 것으로 이루어져 있지 않은 소립자이며, 양성자와 중성자를 비롯한 많은 입자의 구성 요소이다. 맵시 쿼크는 측정된 크기가 없으므로, 위에 표시된 1젭토미터는 측정값이 아니다. 1젭토미터는 10⁻²¹미터로, 1조분의 1의 10억분의 1미터이다.

크기

지금까지의 모든 실험에서 쿼크는 점처럼 행동한다. 물리학자들은 입자에 다른 입자를 쏘아 어떻게 튕겨 나오는지 관찰하여 그 입자의 크기를 알아낸다. ZEUS 실험은 HERA 가속기에서 전자와 양성자를 충돌시켜 이 방법을 썼으며, 양성자 속 쿼크에 크기가 있다는 징후를 찾지 못했다.

2016년에 ZEUS는 그 쿼크에 반지름이 있다면 4.3 × 10⁻¹⁹미터보다 작아야 한다고 보고했다. 따라서 쿼크는 지름이 8.6 × 10⁻¹⁹미터보다 작다. 이 값은 크기가 아니라 상한이며, 맵시 쿼크만 따로 본 것이 아니라 양성자 속 쿼크에서 얻은 것이다. 이 사이트의 1젭토미터는 이 상한보다 훨씬 작으므로, 1젭토미터라는 값을 확인하거나 배제할 수 있는 실험은 없다.

크기 비교

양성자는 지름이 약 1.7펨토미터(1.7 × 10⁻¹⁵미터)로, 쿼크의 상한값의 약 2,000배이다.
쿼크의 상한값을 테니스공의 지름인 약 6.7센티미터로 확대한다면, 양성자는 지름이 약 130미터일 것이다. 수소 원자는 지름이 약 8,200킬로미터로, 지구 지름의 약 3분의 2일 것이다.
쿼크의 상한값은 약 5만 조(5 × 10¹⁶) 배이며, 기준은 이 사이트에서 이보다 작은 대상 중 값이 정해진 가장 가까운 대상인 플랑크 길이이다.

11월 혁명

1974년 11월, 따로 연구하던 두 팀이 같은 새 입자를 발견했다. 스탠퍼드 선형가속기센터의 버턴 릭터 팀은 이 입자를 프시라 불렀고, 브룩헤이븐 국립 연구소의 새뮤얼 팅 팀은 J라고 불렀다. 11월 11일에 두 책임자가 만나 같은 발견을 했다는 사실을 깨달았다. 릭터와 팅은 1976년 노벨 물리학상을 함께 받았다.

지금은 J/프시라고 부르는 이 입자는 맵시 쿼크가 자신의 반물질 짝인 맵시 반쿼크와 결합한 입자이다. 이 입자는 물리학자들이 예상한 시간의 약 1,000배 동안 존재했고, 많은 물리학자가 이를 설명하려면 네 번째 종류의 쿼크가 필요하다고 결론지었다. 맵시 쿼크는 이미 예측되어 있었으며, 그 발견으로 알려진 쿼크는 네 가지가 되었다.

질량과 전하

전 세계의 입자 측정값을 모으는 입자 데이터 그룹은 맵시 쿼크의 질량을 1.273GeV로 제시한다. 입자물리학자들은 질량을 에너지 단위로 나타내며, 1GeV는 10억 전자볼트이다. 따라서 맵시 쿼크의 질량은 양성자 하나 전체의 약 1.4배이고, 위 쿼크의 600배에 가깝다. 맵시 쿼크의 전하는 양성자 전하의 3분의 2이다.

다른 쿼크와 마찬가지로 맵시 쿼크도 홀로 발견된 적이 없다. 1977년 이후 자유 쿼크를 찾는 시도는 모두 성과가 없었다.