How big is Krótsze długości nie są potwierdzone?

Ten wpis to znacznik, a nie obiekt. Pokazuje, gdzie w eksploratorze kończą się zmierzone rozmiary: wszystko, co jest pokazane jako mniejsze od znacznika, to cząstka bez zmierzonego rozmiaru albo długość, która pochodzi z teorii, a nie z pomiaru. Znacznik wyznacza długość 100 attometrów, czyli 10⁻¹⁶ metra, co stanowi około jednej siedemnastej szerokości protonu. Ta wartość jest przybliżona i sama nie jest pomiarem.

Rozmiar

Attometr to 10⁻¹⁸ metra, czyli miliardowa część miliardowej części metra, więc 100 attometrów to 10⁻¹⁶ metra. Zapis 10⁻¹⁶ oznacza 1 podzielone przez jedynkę z 16 zerami. Tuż nad znacznikiem są najmniejsze obiekty w eksploratorze, których rozmiary zmierzono: neutron i proton. Proton ma około 1,7 femtometra (1,7 × 10⁻¹⁵ metra) średnicy.

Wartość znacznika to przybliżona granica między rozmiarami zmierzonymi a niezmierzonymi, które leżą poniżej. Nie oznacza to, że mniejsze odległości są poza zasięgiem. Eksperymenty szukały rozmiaru kwarków w odległościach mniejszych niż setna część długości znacznika i żadnego nie znalazły.

Porównania rozmiarów

• Proton, który ma około 1,7 femtometra średnicy, jest około 17 razy szerszy niż 100 attometrów znacznika.
• Długość znacznika jest ponad 100 razy większa niż największy rozmiar, jaki według eksperymentów może mieć kwark, czyli około 8,6 × 10⁻¹⁹ metra średnicy.
• Około miliona odcinków o długości 100 attometrów, ułożonych jeden za drugim, miałoby długość równą szerokości atomu wodoru, który ma średnicę około 0,1 nanometra (jednej dziesiątej miliardowej części metra).
• Gdyby 100 attometrów powiększyć do rozmiarów 1 milimetra, proton miałby około 17 milimetrów średnicy, a ludzki włos miałby około 1 miliona kilometrów szerokości, czyli około 2,6 raza więcej niż odległość Ziemi od Księżyca.

Jak bada się krótkie odległości

Fizycy badają krótkie odległości, wystrzeliwując szybkie cząstki w tarczę i obserwując, jak się rozpraszają. Poruszająca się cząstka, na przykład elektron, zachowuje się też jak fala. Im więcej ma energii, tym krótsza jest jej długość fali, czyli odległość od jednego grzbietu fali do następnego. Krótsza fala może pokazać drobniejsze szczegóły.

Pod koniec lat 60. XX wieku fizycy z SLAC i MIT w Stanach Zjednoczonych strzelali do protonów elektronami o energiach do około 20 GeV (miliardów elektronowoltów). Przy takiej energii długość fali elektronu wynosi około 6 × 10⁻¹⁷ metra, czyli jest nieco krótsza niż wartość znacznika i znacznie mniejsza od protonu. Elektrony ujawniły wewnątrz protonów małe, twarde ziarna, o których dziś wiadomo, że są kwarkami.

Późniejsze eksperymenty zajrzały znacznie głębiej. W akceleratorze HERA eksperyment ZEUS zderzał elektrony z protonami i nie znalazł żadnych oznak, by kwarki miały jakikolwiek rozmiar. W 2016 roku naukowcy z tego eksperymentu donieśli, że promień kwarka musi być mniejszy niż 4,3 × 10⁻¹⁹ metra.

Co leży poniżej znacznika

Poniżej znacznika eksplorator pokazuje sześć rodzajów kwarków, od kwarka górnego do kwarka szczytowego, a także neutrino i neutrino wysokiej energii. Żaden eksperyment nie zmierzył rozmiaru żadnego z nich, więc podane dla nich wartości nie są pomiarami. Eksplorator pokazuje też zasięg oddziaływania słabego, który szacuje się na podstawie teorii.

Na samym dole są długości, które pochodzą wyłącznie z teorii. Długość Plancka, 1,6 × 10⁻³⁵ metra, jest obliczana na podstawie trzech stałych fizycznych, a nie mierzona jako rozmiar czegokolwiek. Superstruny, których skala wynosi około 10⁻³⁵ metra, należą do teorii superstrun, proponowanej teorii wszystkiego. Takie teorie są najbardziej spekulatywne i najmniej sprawdzone spośród prób zjednoczenia sił przyrody.

Źródła

• Quarks. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
• GUTs: The Unification of Forces. In College Physics, 2nd edition. OpenStax, 2022.
• The Nobel Prize in Physics 1990: Press release. Royal Swedish Academy of Sciences, 1990.
• Limits on the effective quark radius from inclusive ep scattering at HERA. H. Abramowicz et al. (ZEUS Collaboration), Physics Letters B, 2016.
• Summary Tables: Baryons. Particle Data Group, 2025.
• Summary Tables: Quarks. Particle Data Group, 2025.
• The Standard Model. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
• SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
• Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
• Bohr radius. NIST CODATA, 2022.
• Planck length. NIST CODATA, 2022.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• Moon Fact Sheet. NASA, 2024.