How big is Comprimentos mais curtos do que isso não estão confirmados.?
100 attômetros!
Este item é um marcador, não um objeto. Ele mostra onde terminam os tamanhos medidos no explorador: tudo o que aparece menor do que ele é uma partícula sem tamanho medido, ou um comprimento que vem da teoria, e não da medição. O marcador está em 100 attômetros, ou 10−16 metros, cerca de um dezessete avos da largura de um próton. Esse valor é aproximado e não é, em si, uma medição.
Tamanho
Um attômetro equivale a 10−18 metros, um bilionésimo de um bilionésimo de metro, de modo que 100 attômetros equivalem a 10−16 metros. A notação 10−16 significa 1 dividido por um 1 seguido de 16 zeros. Logo acima do marcador estão os menores objetos do explorador cujos tamanhos já foram medidos: o nêutron e o próton. Um próton tem cerca de 1,7 femtômetros (1,7 × 10−15 metros) de largura.
O valor do marcador é um limite aproximado entre esses tamanhos medidos e os não medidos abaixo dele. Isso não significa que distâncias menores estejam fora de alcance. Experimentos já buscaram um tamanho para os quarks em distâncias menores que um centésimo do comprimento do marcador, e não encontraram nenhum.
Comparações de tamanho
- Um próton, com cerca de 1,7 femtômetros de largura, é cerca de 17 vezes mais largo que os 100 attômetros do marcador.
- O comprimento do marcador é mais de 100 vezes o maior tamanho que os experimentos permitem para um quark, cerca de 8,6 × 10−19 metros de largura.
- Cerca de um milhão de trechos de 100 attômetros, colocados ponta a ponta, cobririam um átomo de hidrogênio, que tem cerca de 0,1 nanômetro (um décimo de um bilionésimo de metro) de largura.
- Se 100 attômetros fossem ampliados para 1 milímetro, um próton teria cerca de 17 milímetros de largura, e um fio de cabelo humano teria cerca de 1 milhão de quilômetros de largura, cerca de 2,6 vezes a distância da Terra à Lua.
Como as distâncias curtas são estudadas
Os físicos estudam distâncias curtas disparando partículas rápidas contra um alvo e observando como elas se espalham. Uma partícula em movimento, como um elétron, também se comporta como uma onda, e quanto mais energia ela tem, mais curto é seu comprimento de onda, a distância entre uma crista da onda e a seguinte. Um comprimento de onda mais curto pode revelar detalhes mais finos.
No final da década de 1960, físicos do SLAC e do MIT, nos Estados Unidos, dispararam elétrons com energias de até cerca de 20 GeV (bilhão de elétrons-volt) contra prótons. Nessa energia, o comprimento de onda de um elétron é de cerca de 6 × 10−17 metros, um pouco menor que o valor do marcador e muito menor que um próton. Os elétrons revelaram pequenos grãos rígidos dentro dos prótons, hoje conhecidos como quarks.
Experimentos posteriores investigaram distâncias ainda menores. No acelerador HERA, o experimento ZEUS colidiu elétrons com prótons e não encontrou nenhum sinal de que os quarks tenham algum tamanho. Em 2016, ele relatou que o raio de um quark deve ser menor que 4,3 × 10−19 metros.
O que há abaixo do marcador
Abaixo do marcador, o explorador mostra os seis tipos de quark, do quark up ao quark top, um neutrino e um neutrino de alta energia. Nenhum experimento mediu um tamanho para nenhum deles, então seus valores não são medições. O explorador também mostra o alcance da força fraca, que é estimado a partir da teoria.
No fundo estão comprimentos que vêm apenas da teoria. O comprimento de Planck, 1,6 × 10−35 metros, é calculado a partir de três constantes físicas, e não medido como o tamanho de algo. As supercordas, com escala de cerca de 10−35 metros, pertencem à teoria das supercordas, uma proposta de teoria de tudo. Essas teorias são as mais especulativas e as menos testadas entre as tentativas de unificar as forças da natureza.
Fontes
- 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.