¿Qué quieren decir los físicos cuando dicen que un protón, un quark u otra partícula subatómica tiene un tamaño?

Las partículas no tienen un tamaño discreto; Tienen una distribución. El radio se da como el “cuadrado medio raíz” de la distribución. Es decir, calcula la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de la intensidad del campo.

Esta es una forma común en física de resumir el valor de una distribución, incluso aparte de la escala mecánica cuántica. Es común en electricidad medir el voltaje de una corriente alterna en términos del cuadrado medio raíz en lugar del voltaje pico; El valor resultante proporciona una forma más efectiva de calcular la potencia promedio real en el tiempo. (Para una onda sinusoidal, el cuadrado medio raíz es [matemática] \ frac {1} {\ sqrt {2}} [/ matemática] del pico).

Ese valor pasa a modelar de manera muy efectiva lo que obtienes de un experimento. Si disparas muchas partículas a otra partícula, se dispersan como si golpearan algo y rebotaran. No forman un patrón perfecto, como lo haría si dispara canicas a una bola de billar, pero el patrón se parece mucho al que obtendría si estuviera usando objetos duros con ese radio. El radio sucede para que las matemáticas funcionen bien.

Medir el diámetro de un protón de esta manera es un viejo experimento, desde que comenzaron a disparar electrones a las láminas y descubrieron que algunos de ellos se recuperaron inesperadamente. Así se descubrió el núcleo atómico: hasta entonces, se suponía que la masa del átomo se distribuía continuamente a través de él. Fue una sorpresa descubrir que, de hecho, había muchos, mucho más pesados ​​pedazos concentrados en el centro. Fue descrito como como disparar un misil contra un pañuelo y hacer que algunos de ellos reboten.

A partir de la proporción que se recupera, calcularon el radio de los núcleos. El diámetro del protón y otras partículas se determina de la misma manera. Es mucho más fácil con partículas de larga vida como el protón; hacerlo por quarks es mucho, mucho más difícil y más teórico. Pero al final, la idea básica es la misma: rebotan muchas partículas entre sí y observan cómo se dispersan. Las proporciones le dan el diámetro cuadrático medio, que le permite calcular la distribución de carga (que es lo que realmente busca).