How big is Quarc charm?

Quarcul charm este unul 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 charm, așa că valoarea de 1 zeptometru afișată mai sus nu este o măsurătoare. Un zeptometru este 10⁻²¹ metri, adică 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 charm înșiși. Valoarea de 1 zeptometru 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 limita superioară pentru un quarc ar fi mărită până la lățimea unei mingi de tenis, de aproximativ 6,7 centimetri, un proton ar avea aproximativ 130 de metri în diametru. Un atom de hidrogen ar avea aproximativ 8.200 de kilometri în diametru, adică aproximativ două treimi din lățimea Pământului.
Limita superioară pentru un quarc este de aproximativ 50 de milioane de miliarde (5 × 10¹⁶) de ori lungimea Planck, următorul obiect mai mic din explorator care are o valoare definită.

Revoluția din noiembrie

În noiembrie 1974, două echipe care lucrau separat au găsit aceeași particulă nouă. Echipa lui Burton Richter de la Stanford Linear Accelerator Center a numit-o psi, iar echipa lui Samuel Ting de la Brookhaven National Laboratory a numit-o J. Pe 11 noiembrie, cei doi conducători s-au întâlnit și au înțeles că făcuseră aceeași descoperire. Richter și Ting au împărțit Premiul Nobel pentru fizică din 1976.

J/psi, cum este numită acum, este un quarc charm legat de un antiquarc charm, partenerul de antimaterie al quarcului. Particula a trăit de aproximativ o mie de ori mai mult decât se așteptau fizicienii, iar mulți au concluzionat că explicarea ei cerea un al patrulea tip de quarc. Quarcul charm fusese deja prezis, iar descoperirea lui a adus numărul quarcilor cunoscuți la patru.

Masă și sarcină

Particle Data Group, care adună măsurători de particule din întreaga lume, dă masa quarcului charm ca fiind de 1,273 GeV. Fizicienii particulelor măsoară masa în unități de energie, iar un GeV este un miliard de electronvolți. Rezultă că un quarc charm are o masă de aproximativ 1,4 ori mai mare decât a unui proton întreg și de aproape 600 de ori mai mare decât a unui quarc up. Sarcina sa electrică este două treimi din sarcina unui proton.

Ca ceilalți quarci, quarcii charm nu se găsesc niciodată singuri. Fiecare căutare a unui quarc liber din 1977 încoace s-a încheiat fără rezultat.