How big is Alt Kuark?

Güzellik kuarkı da denen alt kuark, altı kuark çeşidinin en ağır ikincisidir. Kuarklar temel parçacıklardır. Deneylerin gösterebildiği kadarıyla daha küçük hiçbir şeyden oluşmazlar; protonların, nötronların ve daha pek çok parçacığın yapı taşlarıdır. Hiçbir deney alt kuark için bir büyüklük ölçmediğinden yukarıda gösterilen 300 yoktometre bir ölçüm değildir. Bir yoktometre 10⁻²⁴ metredir; yani bir metrenin trilyonda birinin trilyonda biri.

Boyut

Şimdiye kadarki her deneyde kuarklar nokta gibi davranıyor. Fizikçiler bir parçacığın büyüklüğünü, ona başka parçacıklar fırlatıp nasıl geri sektiklerini izleyerek araştırır. ZEUS deneyi bunu HERA hızlandırıcısında, elektronları protonlarla çarpıştırarak yaptı ve protonların içindeki kuarkların herhangi bir büyüklüğü olduğuna dair bir işaret görmedi.

ZEUS deneyi 2016’da, bu kuarkların bir yarıçapı varsa bunun 4,3 × 10⁻¹⁹ metreden küçük olması gerektiğini bildirdi. Bu, kuarkların genişliğinin 8,6 × 10⁻¹⁹ metreden az olduğu anlamına gelir. Bu bir üst sınırdır, bir büyüklük değil; üstelik tek başına alt kuarklardan değil, protonların içindeki kuarklardan elde edilmiştir. Bu sitedeki 300 yoktometre bu sınırın çok altında olduğundan, hiçbir deney bu değeri ne doğrulayabilir ne de dışlayabilir.

Boyut karşılaştırmaları

Bir proton, yaklaşık 1,7 femtometre (1,7 × 10⁻¹⁵ metre) genişliğindedir; bu, bir kuark için üst sınırın yaklaşık 2.000 katıdır.
Bir proton, bir basketbol topunun genişliğine, yani yaklaşık 24 santimetreye büyütülse, bir kuark en fazla yaklaşık 0,12 milimetre genişliğinde olabilirdi. Bu, bir insan saçının kalınlığından biraz fazladır.
Bir kuark için üst sınır, yaklaşık 50 milyon milyar (5 × 10¹⁶) Planck uzunluğu kadardır. Planck uzunluğu, bu sitede alt kuarkın en yakın komşularından biridir.

Keşif

30 Haziran 1977’de Fermilab hızlandırıcı laboratuvarındaki bilim insanları, upsilon denen yeni bir parçacığı duyurdu. Onların E288 adlı deneyini Leon Lederman yönetti. Upsilon, bir alt kuarkın, antimadde eşi olan bir alt antikuarkla birleşmiş hâlidir. Kütlesi, daha önce bulunan her parçacığınkinin yaklaşık üç katıydı.

Alt kuark, üçüncü bir parçacık ailesinin ilk kuarkıydı. O ailedeki eşi, üst kuark, ancak 1995’te bulundu.

Ağır ve hiçbir zaman yalnız değil

Dünya genelindeki parçacık ölçümlerini derleyen Particle Data Group, alt kuarkın kütlesini 4,183 GeV olarak veriyor. Parçacık fizikçileri kütleyi enerji birimleriyle ölçer; bir GeV bir milyar elektronvolttur. Bu, alt kuarkın bütün bir protondan yaklaşık 4,5 kat daha ağır olduğu anlamına gelir. Elektrik yükü, bir protonunkinin eksi üçte biridir.

Kuarklar hiçbir zaman tek başına bulunmaz: serbest bir kuark için yapılan her arama eli boş döndü. Alt kuarklar her zaman daha büyük parçacıkların içinde bağlı hâldedir. CERN’deki LHCb deneyi, evrenin neden neredeyse tamamen maddeden oluşuyor gibi göründüğünü, neredeyse hiç antimadde bulunmadığını öğrenmek için onları inceliyor.