How big is Charmkvark?

Charmkvarken är en 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 charmkvarken, så är värdet 1 zeptometer som visas ovan inte en mätning. En zeptometer är 10⁻²¹ meter, en miljarddel 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 charmkvarkar i sig. Utforskarens 1 zeptometer 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 den övre gränsen för en kvark förstorades till bredden av en tennisboll, ungefär 6,7 centimeter, skulle en proton vara ungefär 130 meter i diameter. En väteatom skulle vara ungefär 8 200 kilometer i diameter, ungefär två tredjedelar av jordens bredd.
Den övre gränsen för en kvark är ungefär 50 miljoner miljarder (5 × 10¹⁶) gånger så stor som en plancklängd, nästa mindre objekt i utforskaren som har ett definierat värde.

Novemberrevolutionen

I november 1974 hittade två lag som arbetade var för sig samma nya partikel. Burton Richters lag vid Stanford Linear Accelerator Center kallade den psi, och Samuel Tings lag vid Brookhaven National Laboratory kallade den J. Den 11 november träffades de två ledarna och insåg att de hade gjort samma upptäckt. Richter och Ting delade 1976 års Nobelpris i fysik.

J/psi-partikeln, som den nu kallas, är en charmkvark bunden till en charmantikvark, charmkvarkens antimateriepartner. Den levde ungefär tusen gånger längre än fysiker hade väntat sig, och många drog slutsatsen att det behövdes en fjärde sorts kvark för att förklara den. Charm hade redan förutspåtts, och dess upptäckt gjorde att antalet kända kvarkar blev fyra.

Massa och laddning

Particle Data Group, som samlar partikelmätningar från hela världen, anger charmkvarkens massa till 1,273 GeV. Partikelfysiker mäter massa i energienheter, och en GeV är en miljard elektronvolt. Det gör en charmkvark ungefär 1,4 gånger så tung som en hel proton och nästan 600 gånger så tung som en uppkvark. Charmkvarkens elektriska laddning är två tredjedelar av en protons laddning.

Liksom andra kvarkar hittas charmkvarkar aldrig ensamma. Varje sökning efter en fri kvark sedan 1977 har gett ingenting.