Kwark górny jest najlżejszym z sześciu rodzajów kwarków, cząstek tworzących protony i neutrony. Żaden eksperyment nie zmierzył jego rozmiaru, więc podana wartość nie jest wynikiem pomiaru. Eksperymenty ustaliły jedynie, że kwark, jeśli w ogóle ma jakikolwiek rozmiar, ma nie więcej niż około jednej dwutysięcznej szerokości protonu.

Rozmiar

Wiersz rozmiaru podaje 10 zeptometrów. Zeptometr to 10⁻²¹ metra, czyli tysięczna część miliardowej części miliardowej części metra. Zapis 10⁻²¹ oznacza 1 podzielone przez jedynkę z 21 zerami. Eksplorator podaje dla każdego rodzaju kwarka inną wartość, ale żaden eksperyment nie zmierzył rozmiaru żadnego z nich.

Fizycy szukają rozmiaru cząstki, kierując na nią inne cząstki i obserwując, jak się rozpraszają. Eksperyment ZEUS badał zderzenia elektronów z protonami w akceleratorze HERA. Nie dostrzegł żadnych oznak, by kwarki wewnątrz protonów miały jakikolwiek rozmiar. W 2016 roku naukowcy z zespołu ZEUS donieśli, że promień kwarka, o ile kwark w ogóle ma jakiś promień, musi być mniejszy niż 4,3 × 10⁻¹⁹ metra.

Kwark ma więc mniej niż około 8,6 × 10⁻¹⁹ metra średnicy. To górna granica, a nie rozmiar. Jest około 86 razy większa niż wartość podana w eksploratorze, więc eksperymenty nie wykluczają wartości z eksploratora, ale też nic za nią nie przemawia.

Porównania rozmiarów

Proton, który ma około 1,7 femtometra (1,7 × 10⁻¹⁵ metra) średnicy, jest około 2000 razy szerszy niż największy rozmiar kwarka, jaki dopuszczają eksperymenty.
Gdyby kwark o rozmiarze równym tej granicy powiększyć do rozmiarów piłki tenisowej, która ma około 6,7 centymetra średnicy, proton miałby około 130 metrów średnicy.
W tej samej skali atom wodoru miałby około 8200 kilometrów średnicy, czyli około dwóch trzecich szerokości Ziemi.
Około 100 bilionów kwarków o rozmiarze równym tej granicy, ułożonych obok siebie, zmieściłoby się w poprzek ludzkiego włosa, który ma około 0,1 milimetra szerokości.

Wewnątrz protonów i neutronów

Zwykła materia jest zbudowana z dwóch rodzajów kwarków: kwarka górnego i kwarka dolnego. Proton składa się z dwóch kwarków górnych i jednego dolnego. Neutron składa się z jednego kwarka górnego i dwóch dolnych.

Każdy kwark ma ułamek ładunku elektrycznego protonu: +2/3 w przypadku kwarka górnego i −1/3 w przypadku kwarka dolnego. Ładunki trzech kwarków protonu sumują się do +1. Ładunki trzech kwarków neutronu sumują się do 0.

Kwarki są utrzymywane razem przez gluony, cząstki przenoszące oddziaływanie silne. Nikt nigdy nie znalazł kwarka występującego samodzielnie. Fizycy szukali pojedynczych kwarków w wodzie morskiej, meteorytach, promieniowaniu kosmicznym i akceleratorach cząstek, bez powodzenia.

Skąd bierze się masa protonu

Particle Data Group, która zbiera wyniki pomiarów cząstek z całego świata, podaje, że masa kwarka górnego wynosi 2,16 MeV. Fizycy cząstek podają masy w jednostkach energii, a MeV to milion elektronowoltów. Kwark górny ma mniej niż połowę masy kwarka dolnego, wynoszącej 4,70 MeV.

Masa protonu wynosi około 938 MeV. Jego dwa kwarki górne i jeden dolny dają razem tylko około 9 MeV, czyli około 1% tej wartości. Niemal cała reszta pochodzi z oddziaływań między kwarkami a gluonami, które je wiążą.

Źródła

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.
Proton mass energy equivalent in MeV. NIST CODATA, 2022.
Bohr radius. NIST CODATA, 2022.
Rules of Tennis 2026. International Tennis Federation, 2026.
Earth Fact Sheet. NASA, 2024.
Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.

Report a Problem

for Kwark górny