How big is Tılsım Kuark?

Tılsım kuark, altı kuark çeşidinden biridir. Kuarklar temel parçacıklardır. Deneylerin gösterebildiği kadarıyla daha küçük hiçbir şeyden oluşmazlar; protonların, nötronların ve daha pek çok parçacığın yapı taşlarıdır. Hiçbir deney tılsım kuark için bir büyüklük ölçmediğinden yukarıda gösterilen 1 zeptometre bir ölçüm değildir. Bir zeptometre 10⁻²¹ metredir; yani bir metrenin trilyonda birinin milyarda 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 tılsım kuarkların kendisinden değil, protonların içindeki kuarklardan elde edilmiştir. Bu sitedeki 1 zeptometre 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 kuark için üst sınır, bir tenis topunun genişliğine, yani yaklaşık 6,7 santimetreye büyütülse, bir proton yaklaşık 130 metre genişliğinde olurdu. Bir hidrojen atomu yaklaşık 8.200 kilometre genişliğinde olurdu; bu, Dünya’nın genişliğinin yaklaşık üçte ikisidir.
Bir kuark için üst sınır, yaklaşık 50 milyon milyar (5 × 10¹⁶) Planck uzunluğu kadardır. Planck uzunluğu, bu sitedeki tanımlı bir değeri olan bir sonraki daha küçük nesnedir.

Kasım Devrimi

Kasım 1974’te, ayrı çalışan iki ekip aynı yeni parçacığı buldu. Burton Richter’in Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi’ndeki ekibi ona psi, Samuel Ting’in Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki ekibi ise J adını verdi. 11 Kasım’da iki ekip lideri bir araya geldi ve aynı keşfi yaptıklarını fark etti. Richter ve Ting, 1976 Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştı.

Bugün J/psi olarak adlandırılan bu parçacık, bir tılsım kuarkın, antimadde eşi olan bir tılsım antikuarkla birleşmiş hâlidir. Fizikçilerin beklediğinden yaklaşık bin kat daha uzun yaşadı ve birçok fizikçi, bunu açıklamanın dördüncü bir kuark türü gerektirdiği sonucuna vardı. Tılsım kuark zaten öngörülmüştü ve keşfi bilinen kuark sayısını dörde çıkardı.

Kütle ve yük

Dünya genelindeki parçacık ölçümlerini derleyen Particle Data Group, tılsım kuarkın kütlesini 1,273 GeV olarak veriyor. Parçacık fizikçileri kütleyi enerji birimleriyle ölçer; bir GeV bir milyar elektronvolttur. Bu, bir tılsım kuarkın bütün bir protondan yaklaşık 1,4 kat, bir yukarı kuarktan ise neredeyse 600 kat daha ağır olduğu anlamına gelir. Elektrik yükü, bir protonunkinin üçte ikisidir.

Diğer kuarklar gibi tılsım kuarklar da hiçbir zaman tek başına bulunmaz. 1977’den beri serbest bir kuark için yapılan her arama eli boş döndü.