Los Quarks son las partículas constituyentes que interactúan fuertemente que forman hadrones. Los hadrones son partículas o resonancias que interactúan fuertemente, como el protón o el neutrón o el pión, que existen en los núcleos y pueden crearse en eventos de dispersión de alta energía en los aceleradores o en los rayos cósmicos.
En teoría, los quarks son partículas puntuales como todas las demás partículas fundamentales, así es como se construye la densidad lagrangiana del modelo estándar. Entonces, sobre esta base, uno podría decir que, en teoría, todas las partículas fundamentales tienen un tamaño cero. Entonces la respuesta a su segunda pregunta sería entonces no.
Pero las fuertes interacciones entre los quarks son, de hecho, tan fuertes que se cree que los quarks siempre están confinados dentro de los hadrones, en circunstancias normales, por lo que nunca son observables como partículas salientes libres en ningún experimento de dispersión.
- ¿Cuáles son las implicaciones del enredo cuántico (en términos simples si es posible)? Si una partícula 'sabe' que otra ha cambiado su giro más rápido de lo que la velocidad de la luz podría haber alcanzado esa partícula, ¿no es eso la teoría de la relatividad?
- Cómo realizar de forma económica el experimento de colapso de la función de onda publicado por Dean Radin en Explore, vol. 4, no. 1 (2008)
- ¿La expansión universal ocurre en el nivel sub-planck?
- ¿Es posible crear materia con gravedad negativa?
- ¿Es posible convertir la materia en antimateria (y antimateria en materia)?
Los quarks forman estados unidos, en otras palabras, con un tamaño del orden de la escala de las interacciones fuertes, que depende en cierta medida del esquema de renormalización, pero que es aproximadamente [matemática] 200 \, \ text {MeV} [/ math] o [math] 10 ^ {- 15} \, \ text {meters} [/ math].
Esto hace que hacer una medición directa del tamaño de un quark sea obviamente problemático, por lo que nadie puede decir empíricamente que los quarks son las partículas fundamentales más pequeñas conocidas.
Ese honor iría al electrón, cuyo momento magnético anómalo se ha medido con una precisión extremadamente alta y que está muy de acuerdo con el valor derivado de la teoría; suponiendo que el electrón es un punto como una partícula sin subestructura, y que la electrodinámica cuántica es correcta. Por lo tanto, el momento magnético anómalo del electrón indica que solo tiene un tamaño muy pequeño pero finito derivado de pequeñas correcciones teóricas de campo debido a fluctuaciones de vacío, incluidas algunas correcciones hadrónicas muy pequeñas, y esta medición es realmente consistente con el electrón desnudo que realmente no tiene extensión espacial.
Sobre esta base, puede decir que si el electrón tiene alguna subestructura, está en una escala inferior a aproximadamente [math] 10 ^ {- 18} [/ math] metros. Sobre la base de los límites experimentales en el momento dipolar de electrones, que se mide como cero dentro de los límites de los experimentos, puede hacerlo mejor y empujar ese límite aún más bajo – a aproximadamente [matemáticas] 10 ^ {- 30} [ / matemáticas] metros.
Entonces, para el electrón, se pueden establecer límites experimentales muy estrictos en su extensión espacial. Los electrones y otros leptones, como el muón, serían empíricamente los más pequeños conocidos, y se cree que son partículas fundamentales.
Ahora, uno puede decir definitivamente que un quark dentro de un protón es más pequeño que el tamaño del protón, pero el tamaño del protón en sí mismo no se conoce con tanta precisión. De hecho, recientemente ha habido cierta controversia sobre el tamaño del protón, ya que las nuevas mediciones del radio de carga del protón por medio de la estructura fina medida en los átomos muónicos parecían dar un radio diferente al que se había extraído anteriormente de muchos años. de experimentos de dispersión de electrones en protones y núcleos.
En general, tiendo a confiar más en las mediciones anteriores del radio de carga de protones.
El radio de carga de protones se mide directamente para que sea 0,88 fm o aproximadamente [matemática] 10 ^ {- 15} [/ matemática] metros (promedio mundial) si se extrae del factor de forma de carga eléctrica del protón, extrapolado a momento cero en dispersión de electrones .
Se supone que un protón está formado por tres quarks de valencia, por lo que esto da una medida aproximada del tamaño de un quark arriba o abajo, dentro de un protón, solo divida el tamaño del protón por tres. Pero tenga en cuenta que el radio de carga del protón podría ser diferente, incluso bastante significativo, del radio en el que los quarks, es decir, las cargas de color, están confinados dentro de un protón.
Ahora es posible hacer otra pregunta sobre los quarks, a saber, cuál es el tamaño más grande en el que podrían tener cualquier subestructura, es decir, cuál es la escala en la que los quarks podrían tener constituyentes, sin que estos hayan sido detectados en experimentos de dispersión mediante violaciones del comportamiento esperado si la teoría de los quarks y los gluones, que supone que estas son partículas puntuales, ¿es correcta?
Esa escala ahora se establece mediante mediciones en el LHC, y no puedo decirle el número exacto, pero será del orden de unos pocos TeV inversos. (Puede convertir de eV a metros usando [math] 1 = \ hbar c \ sim 197 \, \ text {MeV fm} [/ math]).
Es decir: no se ha demostrado que exista una subestructura de quarks, incluso con las energías de dispersión más altas posibles en las que se puede decir que se han sondeado indirectamente.
Aún así, por razones teóricas, muchos físicos de alta energía creen que a cierta escala de energía, más alta que cualquier medida hasta ahora, y posiblemente acercándose a la masa de Planck, esta imagen de partículas fundamentales puntuales debe romperse.
Pero esto podría ser una escala de energía muy alta y una distancia muy pequeña.