How big is Quark bottom?

O quark bottom, também chamado de quark beauty, é o segundo mais pesado dos seis tipos de quark. Quarks são partículas elementares, não feitas de nada menor até onde os experimentos conseguem indicar, e são os blocos que formam prótons, nêutrons e muitas outras partículas. Nenhum experimento mediu um tamanho para o quark bottom, então os 300 yoctômetros mostrados acima não são uma medida. Um yoctômetro equivale a 10⁻²⁴ metros, um trilionésimo de um trilionésimo de metro.

Tamanho

Em todos os experimentos realizados até agora, os quarks se comportam como pontos. Os físicos buscam o tamanho de uma partícula disparando outras partículas contra ela e observando como elas ricocheteiam. O experimento ZEUS fez isso no acelerador HERA, colidindo elétrons com prótons, e não encontrou nenhum sinal de que os quarks internos tivessem algum tamanho.

Em 2016, o ZEUS relatou que o raio desses quarks, se é que eles têm algum, deve ser menor que 4,3 × 10⁻¹⁹ metros. Isso os torna menores que 8,6 × 10⁻¹⁹ metros de largura. Trata-se de um limite superior, não de um tamanho, e vem de quarks dentro de prótons, não de quarks bottom isolados. Os 300 yoctômetros do explorador estão bem abaixo desse limite, então nenhum experimento consegue confirmar ou descartar esse valor.

Comparações de tamanho

Um próton, com cerca de 1,7 femtômetro (1,7 × 10⁻¹⁵ metros) de largura, é cerca de 2.000 vezes mais largo que o limite superior para um quark.
Se um próton fosse ampliado ao tamanho de uma bola de basquete, cerca de 24 centímetros, um quark não poderia ter mais que cerca de 0,12 milímetro de largura. Isso é um pouco mais largo que um fio de cabelo humano.
O limite superior para um quark é cerca de 50 quatrilhões (5 × 10¹⁶) vezes o comprimento de Planck, um dos vizinhos mais próximos do quark bottom no explorador.

Descoberta

Em 30 de junho de 1977, cientistas do laboratório acelerador Fermilab anunciaram uma nova partícula chamada upsilon. O experimento deles, o E288, foi liderado por Leon Lederman. O upsilon é um quark bottom ligado a um antiquark bottom, o parceiro de antimatéria do quark bottom. Ele era cerca de três vezes mais pesado que qualquer partícula encontrada até então.

O quark bottom foi o primeiro quark de uma terceira família de partículas. Seu parceiro nessa família, o quark top, só foi encontrado em 1995.

Pesado, e nunca sozinho

O Particle Data Group, que reúne medições de partículas de todo o mundo, atribui ao quark bottom uma massa de 4,183 GeV. Os físicos de partículas medem a massa em unidades de energia, e um GeV equivale a um bilhão de elétrons-volts. Isso torna o quark bottom cerca de 4,5 vezes mais pesado que um próton inteiro. Sua carga elétrica equivale a menos um terço da de um próton.

Os quarks nunca são encontrados sozinhos: toda busca por um quark livre fracassou. Quarks bottom estão sempre ligados dentro de partículas maiores. No CERN, o experimento LHCb os estuda para entender por que o universo parece ser feito quase inteiramente de matéria, com quase nenhuma antimatéria.