How big is Quarc strange?

Quarcul strange este al treilea cel mai ușor dintre cele șase tipuri de quarci. Se găsește în particule cu viață scurtă, cum sunt kaonii, în timp ce materia obișnuită este construită din quarcii mai ușori up și down. Niciun experiment nu a măsurat o dimensiune pentru el, așa că valoarea afișată nu este o măsurătoare. Experimentele au constatat doar că quarcii, dacă au vreo dimensiune, sunt de cel mult aproximativ a două miia parte din lățimea unui proton.

Dimensiune

Linia de dimensiune indică 4 zeptometri. Un zeptometru este 10⁻²¹ metri, adică o miime dintr-o miliardime dintr-o miliardime de metru. Notația 10⁻²¹ înseamnă 1 împărțit la un 1 urmat de 21 de zerouri. Niciun experiment nu a măsurat o dimensiune pentru vreun tip de quarc.

Experimentele au stabilit în schimb o limită superioară. La acceleratorul HERA, experimentul ZEUS a ciocnit electroni cu protoni și nu a găsit niciun semn că quarcii din interior ar avea vreo dimensiune. În 2016, ZEUS a raportat că raza unui quarc trebuie să fie mai mică decât 4,3 × 10⁻¹⁹ metri, deci un quarc are mai puțin de aproximativ 8,6 × 10⁻¹⁹ metri în diametru.

Această limită provine de la quarcii din protoni, nu de la quarcii strange în mod special. Ea este de aproximativ 200 de ori valoarea din explorator, așa că niciun experiment nu contrazice această valoare și niciunul nu o susține.

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 cea mai mare dimensiune pe care o permit experimentele pentru un quarc.
Dacă un proton ar fi mărit până la dimensiunea unei mingi de baschet, de aproximativ 24 de centimetri în diametru, un quarc aflat la acea limită ar avea aproximativ 0,12 milimetri în diametru, ceva mai lat decât un fir de păr uman obișnuit.
La aceeași scară, un atom de hidrogen ar avea aproximativ 15 kilometri în diametru.

Primele particule ciudate

În 1947, Clifford Butler și George Rochester de la Universitatea din Manchester au raportat urmele unor particule diferite de toate cele văzute până atunci. Le fotografiaseră într-o cameră cu ceață, un dispozitiv în care particulele încărcate electric lasă dâre de nori minusculi. Particulele au ajuns să fie cunoscute drept kaoni.

Kaonii nu se potriveau cu niciun model pe care îl aveau fizicienii la acea vreme. Erau grei, cu o masă de aproximativ jumătate din cea a unui proton, și totuși trăiau relativ mult timp înainte de a se dezintegra. În anii 1950, Murray Gell-Mann, Kazuhiko Nishijima, Abraham Pais și alții au explicat acest lucru printr-o proprietate nouă numită stranietate. Numele arăta cât de ciudate păruseră mereu aceste particule.

Astăzi, stranietatea este atribuită quarcului strange. Un kaon pozitiv, de exemplu, este un quarc up asociat cu un antiquarc strange, partenerul de antimaterie al quarcului strange.

Un quarc mai greu

Particle Data Group, care adună măsurătorile de particule din întreaga lume, dă masa quarcului strange ca fiind de 93,5 MeV. Fizicienii particulelor dau masele în unități de energie, iar un MeV este un milion de electronvolți. Masa quarcului strange este de aproximativ 20 de ori masa unui quarc down și de 43 de ori masa unui quarc up.

Quarcii mai grei sunt instabili, iar forța slabă îi transformă în quarci mai ușori. De aceea particulele care conțin quarci strange se dezintegrează în cele din urmă. Un kaon pozitiv supraviețuiește în medie aproximativ 12 miliardimi de secundă. Particula lambda, alcătuită dintr-un quarc up, unul down și unul strange, trăiește aproximativ o pătrime dintr-o miliardime de secundă.