How big is Garip Kuark?

Garip kuark, altı kuark çeşidinin en hafif üçüncüsüdür. Kaonlar gibi kısa ömürlü parçacıklarda bulunur; sıradan madde ise daha hafif olan yukarı ve aşağı kuarklardan oluşur. Hiçbir deney onun için bir büyüklük ölçmediğinden gösterilen değer bir ölçüm değildir. Deneyler yalnızca, kuarkların bir büyüklüğü varsa bile bir protonun genişliğinin yaklaşık iki binde birini aşmadığını ortaya koymuştur.

Boyut

Boyut satırında 4 zeptometre yazıyor. Bir zeptometre 10⁻²¹ metredir; yani bir metrenin milyarda birinin milyarda birinin binde biri. 10⁻²¹ yazılışı, 1’in, 1 ve ardından 21 sıfır gelen sayıya bölünmesi demektir. Hiçbir deney herhangi bir kuark çeşidi için bir büyüklük ölçmedi.

Deneyler bunun yerine bir üst sınır belirledi. ZEUS deneyi HERA hızlandırıcısında elektronları protonlarla çarpıştırdı ve protonların içindeki kuarkların herhangi bir büyüklüğü olduğuna dair bir işaret bulamadı. ZEUS 2016’da, bir kuarkın yarıçapının 4,3 × 10⁻¹⁹ metreden küçük olması gerektiğini, dolayısıyla bir kuarkın genişliğinin yaklaşık 8,6 × 10⁻¹⁹ metreden az olduğunu bildirdi.

Bu sınır, özellikle garip kuarklardan değil, protonların içindeki kuarklardan gelir. Sınır, bu sitedeki değerin yaklaşık 200 katıdır; bu yüzden hiçbir deney bu değerle çelişmez, ama onu desteklemez de.

Boyut karşılaştırmaları

Bir proton, yaklaşık 1,7 femtometre (1,7 × 10⁻¹⁵ metre) genişliğindedir; bu, deneylerin bir kuark için izin verdiği en büyük boyutun yaklaşık 2.000 katıdır.
Bir proton, yaklaşık 24 santimetre çapındaki bir basketbol topu büyüklüğüne büyütülse, bu sınırdaki bir kuark yaklaşık 0,12 milimetre genişliğinde olurdu. Bu, tipik bir insan saçının kalınlığından biraz fazladır.
Aynı ölçekte bir hidrojen atomu yaklaşık 15 kilometre genişliğinde olurdu.

İlk garip parçacıklar

1947’de Manchester Üniversitesi’nden Clifford Butler ve George Rochester, daha önce görülmüş hiçbir şeye benzemeyen parçacıkların izlerini bildirdi. Bu parçacıkları bir sis odasında fotoğraflamışlardı; sis odası, elektrik yüklü parçacıkların küçük bulutçuklardan oluşan izler bıraktığı bir aygıttır. Bu parçacıklar sonradan kaon olarak bilinir oldu.

Kaonlar, fizikçilerin o sırada sahip olduğu hiçbir tabloya uymuyordu. Ağırdılar; kütleleri bir protonun kütlesinin yaklaşık yarısıydı, ama bozunmadan önce nispeten uzun süre yaşıyorlardı. 1950’lerde Murray Gell-Mann, Kazuhiko Nishijima, Abraham Pais ve başkaları bunu gariplik denen yeni bir özellikle açıkladı. Bu ad, parçacıkların hep ne kadar tuhaf göründüğünü yansıtıyordu.

Bugün gariplik, garip kuarka dayandırılıyor. Örneğin pozitif bir kaon, bir yukarı kuarkın, garip kuarkın antimadde eşi olan bir garip antikuarkla eşleşmesidir.

Daha ağır bir kuark

Dünya genelindeki parçacık ölçümlerini derleyen Particle Data Group, garip kuarkın kütlesini 93,5 MeV olarak veriyor. Parçacık fizikçileri kütleyi enerji birimleriyle verir; bir MeV bir milyon elektronvolttur. Garip kuarkın kütlesi, bir aşağı kuarkınkinin yaklaşık 20 katı, bir yukarı kuarkınkinin ise 43 katıdır.

Daha ağır kuarklar kararsızdır ve zayıf kuvvet onları daha hafif olanlara dönüştürür. Garip kuark içeren parçacıkların er geç bozunmasının nedeni budur. Pozitif bir kaon ortalama olarak saniyenin yaklaşık milyarda 12’si kadar yaşar. Bir yukarı, bir aşağı ve bir garip kuarktan oluşan lambda parçacığı ise saniyenin yaklaşık milyarda birinin dörtte biri kadar yaşar.