How big is Strangequark?

De strangequark is de op twee na lichtste van de zes soorten quarks. Hij komt voor in kortlevende deeltjes zoals kaonen, terwijl gewone materie is opgebouwd uit de lichtere up- en downquarks. Van de strangequark is geen grootte gemeten, dus het getal hierboven is geen meting. Experimenten hebben alleen vastgesteld dat quarks, als ze al enige grootte hebben, niet breder zijn dan ongeveer een tweeduizendste van de breedte van een proton.

Grootte

De regel met de grootte luidt 4 zeptometer. Een zeptometer is 10⁻²¹ meter, een duizendste van een miljardste van een miljardste van een meter. De notatie 10⁻²¹ betekent 1 gedeeld door een 1 gevolgd door 21 nullen. Geen enkel experiment heeft een grootte gemeten voor welke soort quark ook.

In plaats daarvan hebben experimenten een bovengrens vastgesteld. Bij de HERA-versneller liet het ZEUS-experiment elektronen met protonen botsen en vond het geen aanwijzing dat de quarks in de protonen enige grootte hadden. In 2016 meldde het experiment dat de straal van een quark kleiner moet zijn dan 4,3 × 10⁻¹⁹ meter, waaruit volgt dat een quark minder dan ongeveer 8,6 × 10⁻¹⁹ meter breed is.

Die grens komt van quarks in protonen, niet van strangequarks in het bijzonder. De grens is ongeveer 200 keer zo groot als de waarde in de verkenner, dus geen enkel experiment spreekt die waarde tegen, en ook geen enkel experiment ondersteunt die waarde.

Groottevergelijkingen

Een proton, ongeveer 1,7 femtometer (1,7 × 10⁻¹⁵ meter) breed, is ongeveer 2.000 keer zo breed als de grootste afmeting die experimenten voor een quark toestaan.
Als een proton werd vergroot tot de grootte van een basketbal, ongeveer 24 centimeter breed, zou een quark bij die grens ongeveer 0,12 millimeter breed zijn, iets breder dan een typisch mensenhaar.
Op dezelfde schaal zou een waterstofatoom ongeveer 15 kilometer breed zijn.

De eerste vreemde deeltjes

In 1947 meldden Clifford Butler en George Rochester van de Universiteit van Manchester sporen van deeltjes die op geen enkel eerder gezien deeltje leken. Ze hadden die gefotografeerd in een nevelkamer, een apparaat waarin elektrisch geladen deeltjes sporen van piepkleine wolkjes achterlaten. De deeltjes werden later bekend als kaonen.

Kaonen pasten in geen enkel beeld dat natuurkundigen toen hadden. Ze waren zwaar, ongeveer de helft van de massa van een proton, maar leefden relatief lang voordat ze vervielen. In de jaren vijftig verklaarden Murray Gell-Mann, Kazuhiko Nishijima, Abraham Pais en anderen dit met een nieuwe eigenschap, vreemdheid genoemd. De naam weerspiegelde hoe vreemd de deeltjes altijd hadden geleken.

Tegenwoordig wordt vreemdheid teruggevoerd op de strangequark. Een positieve kaon is bijvoorbeeld een upquark gepaard met een antistrangequark, de antimateriepartner van de strangequark.

Een zwaardere quark

De Particle Data Group, die de deeltjesmetingen van over de hele wereld verzamelt, geeft de massa van de strangequark als 93,5 MeV. Deeltjesfysici geven massa's in eenheden van energie, en een MeV is een miljoen elektronvolt. De massa van de strangequark is ongeveer 20 keer zo groot als die van een downquark en 43 keer zo groot als die van een upquark.

Zwaardere quarks zijn instabiel, en de zwakke kracht verandert ze in lichtere quarks. Daarom vervallen deeltjes met strangequarks uiteindelijk. Een positieve kaon bestaat gemiddeld ongeveer 12 miljardste van een seconde. Het lambdadeeltje, opgebouwd uit een up-, een down- en een strangequark, leeft ongeveer een kwart van een miljardste van een seconde.