위 쿼크는 양성자와 중성자를 이루는 입자인 쿼크 여섯 종류 중 질량이 가장 작다. 위 쿼크의 크기를 측정한 실험은 없으므로, 표시된 값은 측정값이 아니다. 실험으로 알아낸 것은 쿼크에 크기가 있다 하더라도 양성자 지름의 약 2,000분의 1을 넘지 않는다는 사실뿐이다.

크기

크기 표시에는 10젭토미터로 나와 있다. 1젭토미터는 10⁻²¹미터로, 1미터의 10억분의 1의 10억분의 1의 1,000분의 1이다. 10⁻²¹이라는 표기는 1을, 1 뒤에 0이 21개 붙은 수로 나눈 값을 뜻한다. 이 사이트는 쿼크 종류마다 다른 값을 제시하지만, 어느 쿼크도 크기를 측정한 실험은 없다.

물리학자들은 입자에 다른 입자를 쏘아 흩어지는 모습을 관찰하는 방법으로 그 입자의 크기를 찾는다. HERA 가속기의 ZEUS 실험은 전자와 양성자의 충돌을 연구했다. 이 실험은 양성자 속 쿼크에 크기가 있다는 징후를 발견하지 못했다. 또 2016년에 쿼크에 반지름이 있다면 그것은 4.3 × 10⁻¹⁹미터보다 작아야 한다고 보고했다.

따라서 쿼크의 지름은 약 8.6 × 10⁻¹⁹미터보다 작다. 이 값은 크기가 아니라 상한이다. 이 상한은 이 사이트가 제시한 값의 약 86배이므로, 실험이 그 값을 배제하지는 못하지만 뒷받침하지도 않는다.

크기 비교

양성자는 지름이 약 1.7펨토미터(1.7 × 10⁻¹⁵미터)로, 실험이 쿼크에 허용하는 최대 크기의 약 2,000배이다.
그 최대 크기의 쿼크를 지름이 약 6.7센티미터인 테니스공 크기로 확대한다면, 양성자는 지름이 약 130미터일 것이다.
같은 비율로 하면 수소 원자는 지름이 약 8,200킬로미터로, 지구 지름의 약 3분의 2이다.
그 최대 크기의 쿼크 약 100조 개를 옆으로 나란히 늘어놓으면, 사람 머리카락의 굵기인 약 0.1밀리미터에 해당한다.

양성자와 중성자 속

일반 물질은 위 쿼크와 아래 쿼크, 두 종류의 쿼크로 이루어져 있다. 양성자는 위 쿼크 2개와 아래 쿼크 1개로 이루어져 있다. 중성자는 위 쿼크 1개와 아래 쿼크 2개로 이루어져 있다.

쿼크는 저마다 양성자 전하의 일부를 띤다. 위 쿼크는 +2/3, 아래 쿼크는 −1/3이다. 양성자를 이루는 쿼크 세 개의 전하를 더하면 +1이다. 중성자를 이루는 쿼크 세 개의 전하를 더하면 0이다.

쿼크는 강력을 전달하는 입자인 글루온에 의해 묶여 있다. 쿼크가 홀로 발견된 적은 한 번도 없다. 물리학자들은 바닷물, 운석, 우주선(宇宙線), 입자 가속기에서 단독 쿼크를 찾았지만 성공하지 못했다.

양성자의 질량이 나오는 곳

전 세계의 입자 측정값을 모으는 입자 데이터 그룹(Particle Data Group)은 위 쿼크의 질량을 2.16MeV로 제시한다. 입자물리학자들은 질량을 에너지 단위로 나타내며, 1MeV는 100만 전자볼트이다. 위 쿼크의 질량은 4.70MeV인 아래 쿼크의 절반이 안 된다.

양성자의 질량은 약 938MeV이다. 위 쿼크 2개와 아래 쿼크 1개의 질량을 합해도 약 9MeV에 불과하며, 이는 양성자 질량의 약 1%이다. 나머지 거의 전부는 쿼크와 이를 묶는 글루온 사이의 상호작용에서 나온다.

출처

Summary Tables: Quarks. Particle Data Group, 2025.
Limits on the effective quark radius from inclusive ep scattering at HERA. H. Abramowicz et al. (ZEUS Collaboration), Physics Letters B, 2016.
Introduction to Particle Physics. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
Quarks. In University Physics Volume 3. OpenStax, 2016.
DOE Explains: Quarks and Gluons. U.S. Department of Energy, Office of Science.
The Nobel Prize in Physics 1990: Press release. Royal Swedish Academy of Sciences, 1990.
SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
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Rules of Tennis 2026. International Tennis Federation, 2026.
Earth Fact Sheet. NASA, 2024.
Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.

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