How big is 上夸克?

上夸克是六種夸克中最輕的一種，夸克是組成質子和中子的粒子。目前沒有任何實驗測量過它的大小，因此上方顯示的數字並非實測值。實驗只能確定，如果夸克真的有大小，也不會超過質子寬度的大約兩千分之一。

大小

大小顯示為10介米。1介米等於10⁻²¹公尺，也就是十億分之一乘以十億分之一，再乘以千分之一公尺。10⁻²¹表示1除以一個後面接21個零的數。本站為每一種夸克都標示了不同的數字，但沒有任何實驗真正測量過其中任何一種的大小。

物理學家會用其他粒子撞擊目標粒子，並觀察散射情形，藉此尋找粒子的大小。ZEUS實驗在HERA加速器上研究了電子與質子的對撞，結果沒有發現質子內部的夸克具有任何大小的跡象。2016年，該實驗報告，如果夸克真的有半徑，也必須小於4.3 × 10⁻¹⁹公尺。

因此，夸克的寬度小於約8.6 × 10⁻¹⁹公尺。這是一個上限，不是實際大小，大約是本站所採用數字的86倍，所以實驗雖然沒有排除這個數字，但也沒有提供支持它的證據。

大小比較

• 質子的寬度大約是1.7飛米（1.7 × 10⁻¹⁵公尺），大約是實驗所容許夸克最大寬度的2000倍。
• 如果把處於這個上限的夸克放大到網球的大小（直徑約6.7公分），質子的寬度大約會是130公尺。
• 在同樣的縮放比例下，氫原子的寬度大約會是8200公里，大約是地球寬度的三分之二。
• 把大約100兆個處於這個上限的夸克並排排列，就能跨越一根人類頭髮的寬度，大約0.1公釐。

質子與中子的組成

一般物質是由兩種夸克組成：上夸克和下夸克。質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，中子則由一個上夸克和兩個下夸克組成。

每個夸克都帶有質子電荷的一部分：上夸克帶+2/3，下夸克帶−1/3。質子內三個夸克的電荷加總為+1，中子內三個夸克的電荷加總則為0。

夸克靠膠子（傳遞強力的粒子）結合在一起。至今沒有人發現過單獨存在的夸克。物理學家曾在海水、隕石、宇宙射線和粒子加速器中尋找單一夸克，但都沒有成功。

質子的質量從何而來

彙整全球粒子測量數據的粒子數據組指出，上夸克的質量為2.16 MeV。粒子物理學家習慣以能量單位表示質量，1 MeV等於一百萬電子伏特。上夸克的質量不到下夸克的一半，下夸克的質量為4.70 MeV。

質子的質量大約是938 MeV，它所含的兩個上夸克和一個下夸克加起來只有大約9 MeV，約占質子質量的1%。其餘幾乎全部來自夸克與束縛它們的膠子之間的交互作用。

參考資料

• 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.