Mit jelent az, hogy “kicsi”?
Nem elhanyagolható tényező, hogy a “kicsi” fogalma önmagában is sokféleképpen értelmezhető. Egy vattapamacs kicsi lehet, mert könnyű, míg egy fémgolyó kicsi lehet, mert kis sugarú, noha sokkal nehezebb. A részecskefizikában a legfontosabb különbség mégis abban rejlik, hogy egy részecske tömegéről vagy sugaráról beszélünk-e, illetve abban, hogy milyen osztályba tartozik: az anyagot felépítő fermionok (azaz anyagi részecskék, például elektron, proton), vagy a köztük ható erőket hordozó bozonok (mint a foton).
Ennél is lényegesebb azonban, hogy léteznek alapvető (fundamentális) és nem alapvető részecskék. Minden olyan részecske, amelyet a mai technológiával nem lehet tovább bontani, alapvetőnek számít – ilyen például a kvark, az elektron vagy a neutrínó. Ezzel szemben a protont szét lehet “robbantani”, ilyenkor kvarkokra esik szét.
A méret fogalmának értelmetlensége az alapvető részecskéknél
Ha tehát méretről van szó, logikus lenne úgy gondolni, hogy az alapvető részecskék kisebbek, mint a nem alapvetők. Csakhogy a Standard Modell, vagyis a részecskefizika fő elmélete szerint az összes alapvető részecske valójában pontszerű – nincs kiterjedésük, vagyis nem lehet közöttük “nagyobbat” és “kisebbet” választani. Méretük meghatározhatatlan, mert épp olyanok, mint a matematikai pontok: nulla dimenziósak, nincs belső szerkezetük, ezért efféle kérdés “nonszensz”, olyan, mintha azt kérdeznéd, mi van az “észak” fölött.
Ez azt is jelenti, hogy például az elektron nem apró golyóként kering az atommag körül, hanem inkább egyfajta “esélyfelhő”, amely valószínűségeket hordoz. Az sem látható, hogy ezeknek a részecskéknek lenne belső szerkezetük – minden kísérlet azt mutatja, hogy tovább nem bonthatók.
Mekkora a legkisebb ismert tömeg?
A kutatók ilyenkor gyakran tömeggel próbálják “kifejezni” a kicsiséget – például az E=mc² képlet alapján. Az elektron tömege körülbelül 9,109 × 10⁻³¹ kg (vagy 0,51 megaelektronvolt/c²), míg a legkönnyebb kvark, az up kvark, mintegy négyszer nehezebb ennél. Ezzel szemben vannak úgynevezett tömegnélküli részecskék is, mint például a foton vagy a gluon, amelyek egy adott nézőpontból akár a “legkisebbek” is lehetnének.
Az anyag építőköveinél, a fermionoknál jelenleg a neutrínó tűnik a legkönnyebbnek: tömege kevesebb, mint 0,45 elektronvolt/c² – vagyis kevesebb mint egymilliomod része az elektron tömegének!
Ha viszont a hordozórészecskékre, vagyis a bozonokra koncentrálunk, a foton foglalja el az első helyet a “legkisebb” részecske címéért, hiszen tömege gyakorlatilag nulla. A gluon is tömegnélküli, de nehezebben vizsgálható, mert jellemzően a magon belül csapdázódik.
A kérdés, amire nincs egyszerű válasz
Végső soron, hogy melyik a legkisebb részecske, attól függ, pontosan mit értesz “kicsiség” alatt: tömeg, átmérő, vagy valami mást? Az alapvető részecskéknél méretről beszélni értelmezhetetlen, így a “legkisebb” cím több oldalról is megközelíthető, és alapvetően a tudományos kérdésfeltevés módjától függ.
Mindezt figyelembe véve, a kérdés inkább filozófiai, mint fizikai: az univerzum legkisebb “valamije” éppolyan felfoghatatlan marad, mint maga az univerzum.
