How big is Quark strange?

O quark strange é o terceiro mais leve dos seis tipos de quark. Ele é encontrado em partículas de vida curta, como os káons, enquanto a matéria comum é formada pelos quarks mais leves, up e down. Nenhum experimento mediu um tamanho para ele, então o valor mostrado não é uma medida. Os experimentos mostraram apenas que os quarks, se tiverem algum tamanho, não ultrapassam cerca de um dois-milésimo da largura de um próton.

Tamanho

A linha de tamanho indica 4 zeptômetros. Um zeptômetro equivale a 10⁻²¹ metros, um milésimo de um bilionésimo de um bilionésimo de metro. A notação 10⁻²¹ significa 1 dividido por um 1 seguido de 21 zeros. Nenhum experimento mediu um tamanho para nenhum tipo de quark.

Em vez disso, os experimentos estabeleceram um limite superior. No acelerador HERA, o experimento ZEUS colidiu elétrons com prótons e não encontrou nenhum sinal de que os quarks internos tivessem algum tamanho. Em 2016, ele relatou que o raio de um quark deve ser menor que 4,3 × 10⁻¹⁹ metros, o que torna um quark menor que cerca de 8,6 × 10⁻¹⁹ metros de largura.

Esse limite vem de quarks dentro de prótons, não especificamente dos quarks strange. É cerca de 200 vezes o valor do explorador, então nenhum experimento contradiz esse valor, e nenhum o confirma.

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 maior tamanho que os experimentos permitem para um quark.
Se um próton fosse ampliado ao tamanho de uma bola de basquete, cerca de 24 centímetros de largura, um quark nesse limite teria cerca de 0,12 milímetro de largura, um pouco mais largo que um fio de cabelo humano comum.
Nessa mesma escala, um átomo de hidrogênio teria cerca de 15 quilômetros de largura.

As primeiras partículas estranhas

Em 1947, Clifford Butler e George Rochester, da Universidade de Manchester, relataram rastros de partículas diferentes de tudo o que já havia sido visto. Eles os haviam fotografado em uma câmara de nuvem, um dispositivo no qual partículas eletricamente carregadas deixam rastros de pequenas nuvens. As partículas passaram a ser conhecidas como káons.

Os káons não se encaixavam em nenhum modelo que os físicos tinham na época. Eram pesados, com cerca de metade da massa de um próton, mas ainda assim duravam um tempo relativamente longo antes de decair. Na década de 1950, Murray Gell-Mann, Kazuhiko Nishijima, Abraham Pais e outros explicaram isso com uma nova propriedade chamada estranheza. O nome refletia o quanto essas partículas sempre haviam parecido estranhas.

Hoje, a estranheza é atribuída ao quark strange. Um káon positivo, por exemplo, é um quark up combinado com um antiquark strange, o parceiro de antimatéria do quark strange.

Um quark mais pesado

O Particle Data Group, que reúne as medições de partículas do mundo todo, atribui ao quark strange uma massa de 93,5 MeV. Os físicos de partículas expressam as massas em unidades de energia, e um MeV equivale a um milhão de elétrons-volts. A massa do quark strange é cerca de 20 vezes a massa de um quark down e 43 vezes a massa de um quark up.

Quarks mais pesados são instáveis, e a força fraca os transforma em quarks mais leves. É por isso que partículas que contêm quarks strange acabam decaindo. Em média, um káon positivo sobrevive cerca de 12 bilionésimos de segundo. A partícula lambda, formada por um quark up, um quark down e um quark strange, dura cerca de um quarto de bilionésimo de segundo.