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.

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