How big is b-кварк?

b-кварк, який також називають прекрасним кварком, — другий за масою із шести видів кварків. Кварки — це елементарні частинки, які, наскільки можна судити з експериментів, не складаються з нічого меншого, і вони є цеглинками, з яких побудовані протони, нейтрони та багато інших частинок. Жоден експеримент не виміряв розміру b-кварка, тому показане вище значення в 300 йоктометрів — це не результат вимірювання. Йоктометр — це 10⁻²⁴ метра, трильйонна частка трильйонної частки метра.

Розмір

У всіх досі проведених експериментах кварки поводяться як точки. Щоб визначити розмір частинки, фізики спрямовують на неї інші частинки й спостерігають, як вони відскакують. Експеримент ZEUS зробив це на прискорювачі HERA, зіштовхуючи електрони з протонами, і не помітив жодних ознак того, що кварки всередині протонів мають якийсь розмір.

У 2016 році в ZEUS повідомили, що радіус цих кварків, якщо він у них є, має бути меншим за 4,3 × 10⁻¹⁹ метра. Отже, їхній розмір у поперечнику менший за 8,6 × 10⁻¹⁹ метра. Це верхня межа, а не розмір, і її отримано для кварків усередині протонів, а не для b-кварків як таких. Значення цього сайту, 300 йоктометрів, лежить набагато нижче цієї межі, тож жоден експеримент не міг би ні підтвердити це значення, ні виключити його.

Порівняння розмірів

Протон діаметром близько 1,7 фемтометра (1,7 × 10⁻¹⁵ метра) приблизно у 2 000 разів ширший за верхню межу для кварка.
Якби протон збільшили до ширини баскетбольного м’яча, близько 24 сантиметрів, кварк мав би в поперечнику не більше ніж близько 0,12 міліметра. Це трохи більше за ширину людської волосини.
Верхня межа для кварка приблизно у 50 мільйонів мільярдів (5 × 10¹⁶) разів більша за довжину Планка — один із найближчих сусідів b-кварка на цьому сайті.

Відкриття

30 червня 1977 року науковці прискорювальної лабораторії Фермілаб оголосили про нову частинку, яку назвали іпсилон. Їхній експеримент E288 очолював Леон Ледерман. Іпсилон — це b-кварк, зв’язаний із b-антикварком, своїм партнером з антиматерії. Іпсилон був приблизно втричі важчий за будь-яку частинку, знайдену раніше.

b-кварк став першим кварком третього покоління частинок. Його партнера в цьому поколінні, t-кварк, знайшли лише в 1995 році.

Важкий і ніколи не наодинці

Particle Data Group, яка збирає результати вимірювань частинок з усього світу, подає масу b-кварка як 4,183 ГеВ. Фізики елементарних частинок вимірюють масу в одиницях енергії, а ГеВ — це мільярд електронвольтів. Отже, b-кварк приблизно в 4,5 раза важчий за цілий протон. Електричний заряд b-кварка дорівнює мінус одній третині заряду протона.

Кварки ніколи не трапляються поодинці: усі пошуки вільного кварка закінчувалися нічим. Будь-який b-кварк завжди зв’язаний усередині більшої частинки. У ЦЕРНі експеримент LHCb вивчає b-кварки, щоб з’ясувати, чому Всесвіт, схоже, складається майже цілком із матерії, а антиматерії в ньому майже немає.