How big is Bottenkvark?

Bottenkvarken, som också kallas beautykvarken, är den näst tyngsta av de sex kvarksorterna. Kvarkar är elementarpartiklar, som såvitt experiment kan avgöra inte består av något mindre, och de är byggstenarna i protoner, neutroner och många andra partiklar. Inget experiment har mätt någon storlek för bottenkvarken, så är värdet 300 yoctometer som visas ovan inte en mätning. En yoctometer är 10⁻²⁴ meter, en biljondel av en biljondel av en meter.

Storlek

I alla experiment hittills beter sig kvarkar som punkter. Fysiker undersöker en partikels storlek genom att skjuta andra partiklar mot den och se hur de studsar. ZEUS-experimentet gjorde detta vid HERA-acceleratorn genom att låta elektroner kollidera med protoner, och såg inga tecken på att kvarkarna inuti protonerna hade någon storlek.

År 2016 rapporterade ZEUS att radien hos dessa kvarkar, om de har någon, måste vara mindre än 4,3 × 10⁻¹⁹ meter. Det betyder att de är mindre än 8,6 × 10⁻¹⁹ meter i diameter. Det är en övre gräns, inte en storlek, och den kommer från kvarkar inuti protoner och inte från enskilda bottenkvarkar. Utforskarens 300 yoctometer ligger långt under denna gräns, så inget experiment skulle kunna bekräfta eller utesluta värdet.

Storleksjämförelser

En proton, cirka 1,7 femtometer (1,7 × 10⁻¹⁵ meter) i diameter, är ungefär 2 000 gånger så bred som den övre gränsen för en kvark.
Om en proton förstorades till bredden av en basketboll, ungefär 24 centimeter, skulle en kvark högst kunna vara ungefär 0,12 millimeter i diameter. Det är något bredare än ett människohår.
Den övre gränsen för en kvark är ungefär 50 miljoner miljarder (5 × 10¹⁶) gånger så stor som en plancklängd, en av bottenkvarkens närmaste grannar i utforskaren.

Upptäckten

Den 30 juni 1977 tillkännagav forskare vid acceleratorlaboratoriet Fermilab en ny partikel som kallades upsilon. Deras experiment, E288, leddes av Leon Lederman. Upsilon är en bottenkvark bunden till en bottenantikvark, bottenkvarkens antimateriepartner. Den var ungefär tre gånger så tung som någon partikel som hade hittats tidigare.

Bottenkvarken var den första kvarken i en tredje familj av partiklar. Bottenkvarkens partner i den familjen, den kvark som kallas toppkvark, hittades inte förrän 1995.

Tung, och aldrig ensam

Particle Data Group, som samlar partikelmätningar från hela världen, anger bottenkvarkens massa till 4,183 GeV. Partikelfysiker mäter massa i energienheter, och en GeV är en miljard elektronvolt. Det gör bottenkvarken ungefär 4,5 gånger så tung som en hel proton. Bottenkvarkens elektriska laddning är minus en tredjedel av en protons laddning.

Kvarkar hittas aldrig ensamma: varje sökning efter en fri kvark har gett ingenting. Bottenkvarkar finns alltid bundna inuti större partiklar. LHCb-experimentet vid CERN studerar dem för att ta reda på varför universum verkar bestå nästan helt av materia, med nästan ingen antimateria.