How big is c-кварк?

c-кварк — один із шести видів кварків. Кварки — це елементарні частинки, які, наскільки можна судити з експериментів, не складаються з нічого меншого, і вони є цеглинками протонів, нейтронів та багатьох інших частинок. Жоден експеримент не виміряв розміру c-кварка, тому показане вище значення в 1 зептометр — це не результат вимірювання. Зептометр — це 10⁻²¹ метра, мільярдна 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 самих c-кварків. Значення цього сайту, 1 зептометр, 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 верхню межу для кварка збільшили до ширини тенісного м’яча, близько 6,7 сантиметра, протон мав би в поперечнику приблизно 130 метрів. Атом водню мав би в поперечнику близько 8 200 кілометрів, а це приблизно дві третини ширини Землі.
Верхня межа для кварка приблизно у 50 мільйонів мільярдів (5 × 10¹⁶) разів більша за довжину Планка, наступний менший об’єкт на цьому сайті, для якого визначено значення.

Листопадова революція

У листопаді 1974 року дві команди, які працювали окремо, знайшли одну й ту саму нову частинку. Команда Бертона Ріхтера зі Стенфордського центру лінійного прискорювача назвала її пси, а команда Семюела Тінга з Брукгейвенської національної лабораторії — J. 11 листопада обидва керівники зустрілися й зрозуміли, що зробили те саме відкриття. Ріхтер і Тінг розділили Нобелівську премію з фізики 1976 року.

Частинка, яку тепер називають J/пси, — це c-кварк, зв’язаний із c-антикварком, своїм партнером з антиматерії. Ця частинка жила приблизно в тисячу разів довше, ніж очікували фізики, і багато хто дійшов висновку, що для її пояснення потрібен четвертий вид кварка. Існування c-кварка вже було передбачено, а його відкриття довело кількість відомих кварків до чотирьох.

Маса й заряд

Particle Data Group, яка збирає результати вимірювань частинок з усього світу, подає масу c-кварка як 1,273 ГеВ. Фізики елементарних частинок вимірюють масу в одиницях енергії, а ГеВ — це мільярд електронвольтів. Отже, c-кварк приблизно в 1,4 раза важчий за цілий протон і майже у 600 разів важчий за u-кварк. Електричний заряд c-кварка становить дві третини заряду протона.

Як і інші кварки, c-кварки ніколи не трапляються поодинці. Усі пошуки вільного кварка з 1977 року закінчувалися нічим.