How big is Les longueurs inférieures à celle-ci ne sont pas confirmées.?
100 attomètres!
Cette entrée est un repère, pas un objet. Il indique où s'arrêtent les tailles mesurées dans l'explorateur : tout ce qui apparaît plus petit que lui est soit une particule sans taille mesurée, soit une longueur qui vient de la théorie plutôt que de la mesure. Le repère se situe à 100 attomètres, soit 10−16 mètre, environ un dix-septième de la largeur d'un proton. Ce chiffre est approximatif ; il ne s'agit pas en soi d'une mesure.
Taille
Un attomètre vaut 10−18 mètre, soit un milliardième de milliardième de mètre ; 100 attomètres valent donc 10−16 mètre. La notation 10−16 signifie 1 divisé par un 1 suivi de 16 zéros. Juste au-dessus du repère se trouvent les plus petits objets de l'explorateur dont la taille a été mesurée : le neutron et le proton. Un proton mesure environ 1,7 femtomètre (1,7 × 10−15 mètre) de diamètre.
Le chiffre du repère marque une limite approximative entre ces tailles mesurées et celles, non mesurées, qui se trouvent en dessous. Cela ne signifie pas que les distances plus courtes sont hors de portée. Des expériences ont cherché une taille aux quarks à des distances inférieures à un centième de la longueur du repère, sans en trouver.
Comparaisons de taille
- Un proton, large d'environ 1,7 femtomètre, est environ 17 fois plus large que les 100 attomètres du repère.
- La longueur du repère est plus de 100 fois supérieure à la plus grande taille que les expériences autorisent pour un quark, soit environ 8,6 × 10−19 mètres de large.
- Mises bout à bout, environ un million de longueurs de 100 attomètres couvriraient un atome d'hydrogène, large d'environ 0,1 nanomètre (soit un dixième de milliardième de mètre).
- Si 100 attomètres étaient agrandis à 1 millimètre, un proton mesurerait environ 17 millimètres de diamètre, et un cheveu humain mesurerait environ 1 million de kilomètres de large, soit environ 2,6 fois la distance de la Terre à la Lune.
Comment on étudie les distances courtes
Les physiciens étudient les distances courtes en envoyant des particules rapides sur une cible et en observant comment elles se dispersent. Une particule en mouvement, comme un électron, se comporte aussi comme une onde : plus elle a d'énergie, plus sa longueur d'onde — la distance entre deux crêtes successives de l'onde — est courte. Une longueur d'onde plus courte peut révéler des détails plus fins.
À la fin des années 1960, des physiciens du SLAC et du MIT, aux États-Unis, ont envoyé sur des protons des électrons d'une énergie allant jusqu'à environ 20 GeV (milliards d'électronvolts). À cette énergie, la longueur d'onde d'un électron est d'environ 6 × 10−17 mètres, un peu plus courte que le chiffre du repère et bien plus petite qu'un proton. Ces électrons ont révélé, à l'intérieur des protons, de petits grains durs, aujourd'hui identifiés comme des quarks.
Des expériences plus tardives ont sondé des distances plus courtes encore. À l'accélérateur HERA, l'expérience ZEUS a fait entrer en collision des électrons et des protons, sans trouver aucun signe que les quarks aient une taille. En 2016, elle a indiqué que le rayon d'un quark devait être inférieur à 4,3 × 10−19 mètres.
Ce qui se trouve sous le repère
Sous le repère, l'explorateur montre les six types de quarks, du quark up au quark top, ainsi qu'un neutrino et un neutrino à haute énergie. Aucune expérience n'a mesuré la taille de l'un d'eux, si bien que leurs chiffres ne sont pas des mesures. L'explorateur montre aussi la portée de la force faible, estimée à partir de la théorie.
Tout en bas se trouvent des longueurs qui viennent uniquement de la théorie. La longueur de Planck, 1,6 × 10−35 mètre, est calculée à partir de trois constantes physiques, et non mesurée comme la taille d'un objet. Les supercordes, dont l'échelle est d'environ 10−35 mètre, relèvent de la théorie des supercordes, une théorie du tout proposée. Ces théories sont les plus spéculatives et les moins testées des tentatives d'unification des forces de la nature.
Sources
- 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.