How big is Quarc bottom?

Quarcul bottom, numit și quarc beauty, este al doilea cel mai greu dintre cele șase tipuri de quarci. Quarcii sunt particule elementare, nealcătuite din nimic mai mic, din câte pot spune experimentele, și sunt elementele de construcție ale protonilor, neutronilor și ale multor altor particule. Niciun experiment nu a măsurat o dimensiune pentru quarcul bottom, așa că valoarea de 300 de yoctometri afișată mai sus nu este o măsurătoare. Un yoctometru este 10⁻²⁴ metri, adică o miime dintr-o miliardime dintr-o miime dintr-o miliardime de metru.

Dimensiune

În toate experimentele de până acum, quarcii se comportă ca niște puncte. Fizicienii caută dimensiunea unei particule trimițând alte particule spre ea și urmărind cum ricoșează. Experimentul ZEUS a procedat astfel la acceleratorul HERA, ciocnind electroni cu protoni, și nu a văzut niciun semn că quarcii din interior ar avea vreo dimensiune.

În 2016, ZEUS a raportat că raza acestor quarci, dacă au una, trebuie să fie mai mică decât 4,3 × 10⁻¹⁹ metri. Rezultă că ei au mai puțin de 8,6 × 10⁻¹⁹ metri în diametru. Aceasta este o limită superioară, nu o dimensiune, și provine de la quarcii din protoni, nu de la quarcii bottom luați separat. Valoarea de 300 de yoctometri din explorator este mult sub această limită, așa că niciun experiment nu ar putea confirma sau exclude această valoare.

Comparații de dimensiune

Un proton, de aproximativ 1,7 femtometri (1,7 × 10⁻¹⁵ metri) în diametru, este de aproximativ 2.000 de ori mai lat decât limita superioară pentru un quarc.
Dacă un proton ar fi mărit până la lățimea unei mingi de baschet, de aproximativ 24 de centimetri, un quarc ar putea avea cel mult aproximativ 0,12 milimetri în diametru. Această dimensiune este puțin mai mare decât grosimea unui fir de păr uman.
Limita superioară pentru un quarc este de aproximativ 50 de milioane de miliarde (5 × 10¹⁶) de ori lungimea Planck, unul dintre cei mai apropiați vecini ai quarcului bottom din explorator.

Descoperire

La 30 iunie 1977, oamenii de știință de la laboratorul cu accelerator Fermilab au anunțat o particulă nouă, numită upsilon. Experimentul lor, E288, a fost condus de Leon Lederman. Upsilonul este un quarc bottom legat de un antiquarc bottom, partenerul de antimaterie al quarcului. Noua particulă avea o masă de aproximativ trei ori mai mare decât a oricărei particule găsite până atunci.

Quarcul bottom a fost primul quarc dintr-o a treia familie de particule. Partenerul său din acea familie, quarcul top, a fost găsit abia în 1995.

Greu și niciodată singur

Particle Data Group, care adună măsurători de particule din întreaga lume, dă masa quarcului bottom ca fiind de 4,183 GeV. Fizicienii particulelor măsoară masa în unități de energie, iar un GeV este un miliard de electronvolți. Rezultă că quarcul bottom are o masă de aproximativ 4,5 ori mai mare decât a unui proton întreg. Sarcina sa electrică este minus o treime din sarcina unui proton.

Quarcii nu se găsesc niciodată singuri: fiecare căutare a unui quarc liber s-a încheiat fără rezultat. Quarcii bottom sunt întotdeauna legați în particule mai mari. La CERN, experimentul LHCb îi studiază pentru a afla de ce universul pare alcătuit aproape numai din materie, aproape fără antimaterie.