Strona głównaPytania → Jaki jest rozmiar kwarków?

Jaki jest rozmiar kwarków?

Pytanie

Pyta Darek

W dostępnych materiałach można znaleźć informację, iż kwarki mają rozmiar $10^{-18}$ metra. Przeczytałem również, że prawdopodobnie „nie mają żadnego rozmiaru”…
1. Czy to prawda?
2. Co to właściwie znaczy „nie mają rozmiaru”?
3. Jak wygląda pomiar takich wielkości?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

1. Patrz punkt 2 i ostatnie zdanie punktu 3 poniżej.

2. Trafniejsze byłoby stwierdzenie: Nie ma dotąd wskazówek doświadczalnych sugerujących, że kwarki mają strukturę wewnętrzną lub konkretny rozmiar. Opis kwarków jako cząstek punktowych (ściślej: pól kwantowych oddziałujących jedynie lokalnie) jest jak dotąd niesprzeczny z doświadczeniem.

3. Ogromna większość naszej wiedzy o cząstkach elementarnych pochodzi z doświadczeń, w których rozpędzamy je do dużych prędkości, zderzamy, a następnie obserwujemy jakie inne cząstki produkują się w tych zderzeniach, jak długo żyją, i jakie jest prawdopodobieństwo ich wylotu w danym kierunku. Badanie zderzeń elektronów z protonami doprowadziło do wniosku, że ładunek elektryczny w protonie nie jest skoncentrowany w jednym miejscu, a zatem proton ma pewien rozmiar (rzędu $10^{-15}$ metra). Okazało się, że można opisać proton jako stan związany trzech naładowanych kwarków, z których każdy można traktować jak cząstkę punktową w granicach osiąganej „rozdzielczości” eksperymentów. Ta rozdzielczość dana jest (co do rzędu wielkości) przez $\hbar/E$, gdzie $\hbar$ jest stałą Plancka, a $E$ – energią zderzających się cząstek elementarnych (kwarków, leptonów, fotonów, gluonów) w układzie ich środka masy. Najwyższe osiągnięte dotąd w akceleratorach energie zderzeń odpowiadają rozdzielczości rzędu $10^{-18}$ metra. Zatem z doświadczalnego punktu widzenia stwierdziliśmy dotąd, że nawet jeśli kwarki mają jakiś
rozmiar, to jest on mniejszy niż $10^{-18}$ metra.