How big is Quarc up?

Quarcul up este cel mai ușor dintre cele șase tipuri de quarci, particulele care alcătuiesc protonii și neutronii. Niciun experiment nu a măsurat o dimensiune pentru el, așa că valoarea afișată nu este o măsurătoare. Experimentele au constatat doar că un quarc, dacă are vreo dimensiune, nu depășește aproximativ a două miia parte din lățimea unui proton.

Dimensiune

Linia de dimensiune indică 10 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. Exploratorul atribuie fiecărui tip de quarc o valoare diferită, dar niciun experiment nu a măsurat dimensiunea vreunuia dintre ei.

Fizicienii caută dimensiunea unei particule trimițând alte particule asupra ei și urmărind cum se împrăștie. Experimentul ZEUS a studiat ciocnirile dintre electroni și protoni la acceleratorul HERA. El nu a găsit niciun semn că quarcii din interiorul protonilor ar avea vreo dimensiune. În 2016, a raportat că raza unui quarc, dacă are una, trebuie să fie mai mică de 4,3 × 10⁻¹⁹ metri.

Prin urmare, un quarc are mai puțin de aproximativ 8,6 × 10⁻¹⁹ metri în diametru. Aceasta este o limită superioară, nu o dimensiune. Ea este de aproximativ 86 de ori valoarea din explorator, deci experimentele nu exclud această valoare, dar nici nu o susțin.

Comparații de dimensiune

Un proton, cu un diametru de aproximativ 1,7 femtometri (1,7 × 10⁻¹⁵ metri), este de aproximativ 2.000 de ori mai lat decât cea mai mare dimensiune pe care o permit experimentele pentru un quarc.
Dacă un quarc de la această limită ar fi mărit până la dimensiunea unei mingi de tenis, cu un diametru de aproximativ 6,7 centimetri, un proton ar avea un diametru de aproximativ 130 de metri.
La aceeași scară, un atom de hidrogen ar avea un diametru de aproximativ 8.200 de kilometri, adică aproximativ două treimi din lățimea Pământului.
Aproximativ 100 de mii de miliarde de quarci de la această limită, puși unul lângă altul, ar acoperi grosimea unui fir de păr uman, care este de aproximativ 0,1 milimetri.

În interiorul protonilor și neutronilor

Materia obișnuită este alcătuită din două tipuri de quarci, quarcul up și quarcul down. Un proton este alcătuit din doi quarci up și un quarc down. Un neutron este alcătuit dintr-un quarc up și doi quarci down.

Fiecare quarc are o fracțiune din sarcina electrică a unui proton: +2/3 pentru un quarc up și −1/3 pentru un quarc down. Sarcinile celor trei quarci ai unui proton însumează +1. Sarcinile celor trei quarci ai unui neutron însumează 0.

Quarcii sunt ținuți laolaltă de gluoni, particulele care transmit forța tare. Nimeni nu a găsit vreodată un quarc izolat. Fizicienii au căutat quarci izolați în apa de mare, în meteoriți, în razele cosmice și în acceleratoarele de particule, fără succes.

De unde vine masa unui proton

Particle Data Group, care adună măsurătorile particulelor din întreaga lume, indică masa quarcului up ca fiind de 2,16 MeV. Fizicienii particulelor exprimă masele în unități de energie, iar un MeV este un milion de electronvolți. Quarcul up are mai puțin de jumătate din masa quarcului down, care este de 4,70 MeV.

Masa unui proton este de aproximativ 938 MeV. Cei doi quarci up și quarcul down din el însumează doar aproximativ 9 MeV, adică aproximativ 1% din această valoare. Aproape tot restul provine din interacțiunile dintre quarci și gluonii care îi leagă.