How big is 이 길이보다 짧은 길이는 확인되지 않음?

이 항목은 대상이 아니라 표지이다. 이 사이트에서 측정된 크기가 어디까지인지를 보여 준다. 표지보다 작게 표시된 것은 모두 크기가 측정되지 않은 입자이거나, 측정이 아니라 이론에서 나온 길이이다. 표지는 100아토미터, 즉 10⁻¹⁶미터에 있으며, 이는 양성자 지름의 약 17분의 1이다. 이 수치는 근삿값이며, 그 자체가 측정값은 아니다.

크기

1아토미터는 10⁻¹⁸미터로, 10억분의 1미터의 10억분의 1이므로 100아토미터는 10⁻¹⁶미터이다. 10⁻¹⁶이라는 표기는 1을, 1 뒤에 0이 16개 붙은 수로 나눈 값을 뜻한다. 표지 바로 위에는 이 사이트에서 크기가 측정된 가장 작은 대상인 중성자와 양성자가 있다. 양성자는 지름이 약 1.7펨토미터(1.7 × 10⁻¹⁵미터)이다.

표지의 수치는 크기가 측정된 대상과 그 아래의 측정되지 않은 대상 사이의 대략적인 경계이다. 이보다 짧은 거리에 닿을 수 없다는 뜻은 아니다. 실험에서는 표지 길이의 100분의 1보다 짧은 거리까지 들여다보며 쿼크에 크기가 있는지 찾았지만, 찾지 못했다.

크기 비교

• 지름이 약 1.7펨토미터인 양성자는 지름이 표지의 100아토미터의 약 17배이다.
• 표지의 길이는 실험이 쿼크에 허용하는 가장 큰 크기, 즉 지름 약 8.6 × 10⁻¹⁹미터의 100배가 넘는다.
• 100아토미터 길이 약 100만 개를 끝과 끝을 맞대어 한 줄로 늘어놓으면 수소 원자의 지름에 이른다. 수소 원자는 지름이 약 0.1나노미터(10억분의 1미터의 10분의 1)이다.
• 100아토미터를 1밀리미터로 확대한다면, 양성자는 지름이 약 17밀리미터일 것이고, 사람 머리카락은 굵기가 약 100만 킬로미터로, 지구에서 달까지의 거리의 약 2.6배일 것이다.

짧은 거리를 연구하는 방법

물리학자들은 빠른 입자를 표적에 쏘아 그 입자가 어떻게 흩어지는지 관찰하는 방식으로 짧은 거리를 연구한다. 전자 같은 움직이는 입자는 파동처럼도 행동하며, 에너지가 클수록 파장이 짧아진다. 파장은 파동의 한 마루에서 다음 마루까지의 거리이다. 파장이 짧을수록 더 세밀한 모습을 드러낼 수 있다.

1960년대 후반 미국 SLAC와 MIT의 물리학자들은 에너지가 최대 약 20GeV(10억 전자볼트)인 전자를 양성자에 쏘았다. 이 에너지에서 전자의 파장은 약 6 × 10⁻¹⁷미터로, 표지의 수치보다 조금 짧고 양성자보다는 훨씬 작다. 전자는 양성자 안에서 작고 단단한 알갱이를 드러냈으며, 이 알갱이는 지금은 쿼크로 알려져 있다.

이후의 실험들은 훨씬 더 가까이 들여다보았다. HERA 가속기의 ZEUS 실험은 전자와 양성자를 충돌시켰고, 쿼크에 크기가 있다는 징후를 찾지 못했다. 2016년에 이 실험은 쿼크의 반지름이 4.3 × 10⁻¹⁹미터보다 작아야 한다고 보고했다.

표지 아래에 있는 것

표지 아래에서 이 사이트는 위 쿼크부터 꼭대기 쿼크까지 여섯 종류의 쿼크와 중성미자, 고에너지 중성미자를 보여 준다. 어떤 실험도 이들 중 어느 것의 크기도 측정하지 못했으므로, 그 수치는 측정값이 아니다. 이 사이트는 이론에서 추정한 약력의 작용 범위도 보여 준다.

맨 아래에는 이론에서만 나온 길이가 있다. 플랑크 길이는 1.6 × 10⁻³⁵미터로, 무언가의 크기로 측정한 값이 아니라 세 가지 물리 상수로 계산한 값이다. 규모가 약 10⁻³⁵미터인 초끈은 만물의 이론으로 제안된 초끈 이론에 속한다. 이런 이론은 자연의 힘을 통합하려는 시도 가운데 가장 추측에 기대고 검증이 가장 덜 된 것이다.

출처

• 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.