How big is 頂夸克?

截至2026年，頂夸克是已知最重的基本粒子。就目前的實驗所能判斷，基本粒子並非由更小的東西組成。頂夸克沒有測得的大小，因此上方顯示的1攸米只是佔位數值，而非實際測量結果。它代表的大小遠小於任何實驗所能偵測到的範圍。

大小

一攸米是10⁻²⁴公尺，也就是一兆分之一的兆分之一公尺。沒有任何實驗測得頂夸克或其他任何夸克的大小。到目前為止的每一次測試中，夸克的行為都像是一個點。

物理學家藉由發射其他粒子撞擊目標粒子，並觀察其彈開的方式，來尋找粒子的大小。ZEUS實驗在HERA加速器上研究電子與質子的碰撞，沒有發現質子內部夸克具有任何大小的跡象。2016年，該實驗報告指出，這些夸克若有半徑，其半徑必定小於4.3×10⁻¹⁹公尺。這只是一個上限，並非實際大小，而且是根據質子內部的夸克得出，並非來自頂夸克本身。

大小比較

• 質子內部夸克的上限，直徑約為8.6×10⁻¹⁹公尺，大約是本站所列數值的86萬倍。
• 質子的直徑約為1.7飛米（1.7×10⁻¹⁵公尺），寬度約為該夸克上限的2000倍。
• 本站所列的1攸米，大約是普朗克長度（1.6×10⁻³⁵公尺，本站中下一個更小的物體）的600億倍。
• 如果把1攸米放大到人類頭髮的寬度（約0.1公釐），質子的直徑會變成大約170公里，頭髮的寬度則會變成大約1光年。

已知最重的粒子

粒子數據組（Particle Data Group）彙整全球的粒子測量結果，其資料顯示頂夸克的質量為172.56±0.31 GeV。粒子物理學家以這類能量單位來表示質量，一GeV等於十億電子伏特。頂夸克的質量接近一整顆金原子的質量，大約是底夸克（次重的夸克）質量的40倍。

質量重並不代表頂夸克體積大。質量與大小是兩種不同的屬性，無論輕重，至今沒有任何夸克在實驗中顯示出大小。

壽命極短的粒子

CDF與DZero實驗的科學家於1995年3月2日宣布發現頂夸克。他們是在費米實驗室（Fermilab）的Tevatron加速器上，藉由質子與反質子對撞而發現的。如今，位於歐洲核子研究組織（CERN）的大型強子對撞機（LHC）主要透過膠子（將夸克束縛在一起的粒子）之間的碰撞，成對產生頂夸克。

頂夸克會在不到10⁻²⁴秒內衰變成一個W玻色子和一個底夸克。其他夸克會結合成稱為強子的較大粒子，例如質子，但這個過程需要花上10⁻²⁴秒的好幾倍時間。頂夸克在能夠加入任何強子之前就已經衰變。由於存在時間太短，無法直接觀測，因此實驗只能透過它衰變後產生的粒子來辨認它的存在。

參考資料

• Summary Tables: Quarks. Particle Data Group, 2025.
• Limits on the effective quark radius from inclusive ep scattering at HERA. ZEUS Collaboration, Physics Letters B, 2016.
• The Last Quark. ATLAS Experiment, CERN, 2021.
• Twenty-fifth anniversary of the discovery of the top quark at Fermilab. Fermilab, 2020.
• Scientists recall the discovery of the top quark 30 years ago at Fermilab. Fermilab, 2025.
• SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
• Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
• Planck length. NIST CODATA, 2022.
• Atomic mass constant energy equivalent in MeV. NIST CODATA, 2022.
• Gold. Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights, 2017.
• Measuring the Universe. International Astronomical Union.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.