מה הגודל של אורכים קטנים מזה אינם בדוקים?
100 אטומטרים!
הפריט הזה הוא סמן ולא עצם. הוא מראה היכן נגמרים באתר הגדלים הנמדדים: כל מה שמוצג מתחתיו הוא חלקיק ללא גודל נמדד, או אורך שנובע מתיאוריה ולא ממדידה. הסמן נמצא ב-100 אטומטרים, כלומר 10−16 מטרים, כאחד חלקי 17 מרוחבו של פרוטון. המספר הזה משוער, והוא עצמו אינו מדידה.
גודל
אטומטר הוא 10−18 מטרים, מיליארדית ממיליארדית המטר, ולכן 100 אטומטרים הם 10−16 מטרים. הסימון 10−16 פירושו 1 חלקי 1 ואחריו 16 אפסים. ממש מעל הסמן נמצאים העצמים הקטנים ביותר באתר שגודלם נמדד: הנייטרון והפרוטון. רוחבו של פרוטון הוא כ-1.7 פמטומטרים (1.7 × 10−15 מטרים).
הערך של הסמן הוא גבול גס בין הגדלים הנמדדים לבין הגדלים שלא נמדדו, שמתחתיו. אין זה אומר שמרחקים קצרים יותר אינם בהישג יד. ניסויים חיפשו גודל בקווארקים במרחקים הקצרים ממאית מאורכו של הסמן, ולא מצאו כזה.
השוואות גודל
- פרוטון, ברוחב של כ-1.7 פמטומטרים, רחב בערך פי 17 מ-100 האטומטרים של הסמן.
- אורך הסמן גדול יותר מפי 100 מהרוחב הגדול ביותר שהניסויים מאפשרים לקווארק, כ-8.6 × 10−19 מטרים.
- כמיליון אורכים של 100 אטומטרים, מונחים זה אחר זה, היו משתרעים על פני אטום מימן, שרוחבו כ-0.1 ננומטרים (עשירית ממיליארדית המטר).
- אילו אורך של 100 אטומטרים הוגדל לגודל של מילימטר אחד, פרוטון היה ברוחב של כ-17 מילימטרים, ושערת אדם הייתה ברוחב של כ-1 מיליון קילומטרים, בערך פי 2.6 מהמרחק מכדור הארץ אל הירח.
כיצד חוקרים מרחקים קצרים
פיזיקאים חוקרים מרחקים קצרים בכך שהם יורים חלקיקים מהירים על מטרה ועוקבים אחר האופן שבו החלקיקים מתפזרים. חלקיק נע, כגון אלקטרון, מתנהג גם כמו גל, וככל שיש לו יותר אנרגיה, אורך הגל שלו קצר יותר. אורך גל הוא המרחק מפסגה אחת של הגל לפסגה הבאה. אורך גל קצר יותר יכול לחשוף פרטים עדינים יותר.
בסוף שנות ה-60 של המאה ה-20 ירו פיזיקאים מ-SLAC ומ-MIT בארצות הברית אלקטרונים באנרגיות של עד כ-20 GeV (מיליארדי אלקטרונוולט) על פרוטונים. באנרגיה הזאת אורך הגל של אלקטרון הוא כ-6 × 10−17 מטרים, קצר מעט מהערך של הסמן וקטן בהרבה מפרוטון. האלקטרונים חשפו בתוך פרוטונים גרגרים קטנים וקשים, שידוע היום שהם קווארקים.
ניסויים מאוחרים יותר התבוננו מקרוב הרבה יותר. בניסוי ZEUS במאיץ HERA גרמו להתנגשויות בין אלקטרונים לפרוטונים, ולא מצאו כל סימן לכך שלקווארקים יש גודל כלשהו. ב-2016 דיווחו חוקרי הניסוי שהרדיוס של קווארק חייב להיות קטן מ-4.3 × 10−19 מטרים.
מה נמצא מתחת לסמן
מתחת לסמן מציג האתר את ששת סוגי הקווארקים, מקווארק למעלה ועד קווארק עליון, וכן נייטרינו ונייטרינו עתיר אנרגיה. אף ניסוי לא מדד גודל לאף אחד מהם, ולכן המספרים שלהם אינם מדידות. האתר מציג גם את טווח ההשפעה של הכוח החלש, שמוערך מתוך התיאוריה.
בתחתית נמצאים אורכים שנובעים מתיאוריה בלבד. אורך פלאנק, 1.6 × 10−35 מטרים, מחושב משלושה קבועים פיזיקליים ולא נמדד כגודלו של דבר כלשהו. מיתרי-על, בסדר גודל של כ-10−35 מטרים, שייכים לתורת מיתרי-העל, הצעה לתורת הכול. תיאוריות כאלה הן הספקולטיביות ביותר, והנבדקות פחות מכולן, מבין הניסיונות לאחד את כוחות הטבע.
מקורות
- 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.