How big is Särkvark?

Särkvarken är den tredje lättaste av de sex kvarksorterna. Den finns i kortlivade partiklar som kaoner, medan vanlig materia är uppbyggd av de lättare uppkvarkarna och nedkvarkarna. Inget experiment har mätt någon storlek för den, så värdet som visas är inte en mätning. Experiment har bara visat att kvarkar, om de över huvud taget har någon storlek, högst är ungefär en tvåtusendel av en protons bredd.

Storlek

Storleksraden visar 4 zeptometer. En zeptometer är 10⁻²¹ meter, en tusendel av en miljarddel av en miljarddel av en meter. Skrivsättet 10⁻²¹ betyder 1 delat med en etta följd av 21 nollor. Inget experiment har mätt någon storlek för någon sorts kvark.

I stället har experiment satt en övre gräns. Vid HERA-acceleratorn lät ZEUS-experimentet elektroner kollidera med protoner och såg inga tecken på att kvarkarna inuti hade någon storlek. År 2016 rapporterade ZEUS att en kvarks radie måste vara mindre än 4,3 × 10⁻¹⁹ meter, så en kvark är mindre än ungefär 8,6 × 10⁻¹⁹ meter i diameter.

Den gränsen kommer från kvarkar inuti protoner och inte från särkvarkar i synnerhet. Den är ungefär 200 gånger utforskarens värde, så inget experiment motsäger värdet, och inget stöder det.

Storleksjämförelser

En proton, cirka 1,7 femtometer (1,7 × 10⁻¹⁵ meter) i diameter, är ungefär 2 000 gånger så bred som den största storlek som experiment tillåter för en kvark.
Om en proton förstorades till storleken av en basketboll, ungefär 24 centimeter i diameter, skulle en kvark vid den gränsen vara ungefär 0,12 millimeter i diameter, något bredare än ett typiskt människohår.
I samma skala skulle en väteatom vara ungefär 15 kilometer i diameter.

De första sällsamma partiklarna

År 1947 rapporterade Clifford Butler och George Rochester vid universitetet i Manchester spår efter partiklar som skilde sig från alla som hade setts förut. De hade fotograferat dem i en molnkammare, en apparat där elektriskt laddade partiklar lämnar spår av små moln. Partiklarna kom att kallas kaoner.

Kaoner passade inte in i någon bild som fysiker hade vid den tiden. De var tunga, ungefär hälften av en protons massa, men ändå levde de relativt länge innan de sönderföll. På 1950-talet förklarade Murray Gell-Mann, Kazuhiko Nishijima, Abraham Pais och andra detta med en ny egenskap som kallades särhet. Namnet speglade hur märkliga partiklarna hela tiden hade verkat.

Numera förs särhet tillbaka till särkvarken. En positiv kaon är till exempel en uppkvark i par med en särantikvark, särkvarkens antimateriepartner.

En tyngre kvark

Particle Data Group, som samlar världens partikelmätningar, anger särkvarkens massa till 93,5 MeV. Partikelfysiker anger massor i energienheter, och en MeV är en miljon elektronvolt. Särkvarkens massa är ungefär 20 gånger massan hos en nedkvark och 43 gånger massan hos en uppkvark.

Tyngre kvarkar är instabila, och genom svag växelverkan omvandlas de till lättare. Därför sönderfaller partiklar som innehåller särkvarkar till slut. En positiv kaon lever i genomsnitt ungefär 12 miljarddelar av en sekund. Lambdapartikeln, som består av en uppkvark, en nedkvark och en särkvark, lever ungefär en fjärdedel av en miljarddels sekund.