De levensduur van een top quark: minder dan een biljoenste van een biljoenste van een seconde

De Amerikaanse deeltjesversneller Tevatron is al een poosje gesloten, maar het wetenschappelijk team van de CDF-detector, welke aan die deeltjesversneller verbonden is eh… was, wist er deze week nog een artikel uit te persen, waarin gemeld wordt dat de levensduur van het in 1995 ontdekte top quark – met een massa van 172,5 GeV het zwaarste elementaire deeltje dat er bestaat, hierboven de stoffen knuffelversie uit de Particle Zoo – minder is dan een biljoenste van een biljoenste van een seconde. Technisch gesproken:

1,6 x 10^-25 < Δt_top < 6,0 x 10^-25 seconde

Nou mensen, ik kan jullie zeggen dat dat hééél kort is en dat het ook hééél knap is dat ze dat hebben weten te meten. De natuurkundige Tomasso Dorigo van het CDF-team komt met een prachtige vergelijking om te laten zien hoe kort minder dan een biljoenste van een biljoenste van een seconde wel niet is. Stel dat je in staat bent om in één seconde van hier naar het Andromedastelsel te reizen, een sterrenstelsel 2,5 miljoen lichtjaar van ons vandaan – een afstand waar het licht normaal gesproken 2,5 miljoen jaar over doet, wij doen het denkbeeldig met onze super-Warpraket in één seconde.

Het top quark dat we op onze reis meenemen zou al vervallen na… 1 millimeter! 😯 In zijn blog (zie bron) legt Dorigo uit hoe ze die levensduur precies gemeten hebben en dat heeft alles te maken met het beroemde onzekerheidsprincipe van Werner Heisenberg uit de quantum mechanica:

ΔE * Δt > h/2π

dat zegt dat er een relatie is tussen de onzekerheid in de restenergie van een deeltje – da’s diens massa – en de levensduur van het deeltje. In deze vergelijking is h de constante van Planck. Hoe meer massa een deeltje heeft des te korter z’n levensduur. Vandaar de extreem korte levensduur van het top quark. Eh… nou we het toch over levensduur van elementaire deeltjes hebben: dat van het foton is recentelijk geschat op een miljard maal miljard jaar, eh… technisch gesproken:

Ï„_γ > 10¹⁸ jaar

Mmmm, wel wat langer dan de levensduur van het top quark. Zwaargewichten hebben het maar moeilijk in de deeltjeswereld. Bron: voor de levensduur van het top quark Quantum Diaries Survivor en voor die van het foton Physics World.