How big is 底夸克?

底夸克，也叫美夸克，是六种夸克中第二重的一种。夸克是基本粒子，就目前的实验而言，它们并非由更小的东西构成，而且是质子、中子及许多其他粒子的组成成分。没有任何实验测出过底夸克的大小，因此上方给出的 300 幺米并非实际测量值。1 幺米等于 10⁻²⁴ 米，即万亿分之一的万亿分之一米。

大小

在迄今为止的所有实验中，夸克的表现都像一个点。物理学家通过用其他粒子轰击目标粒子、观察它们如何反弹来探测粒子的大小。ZEUS 实验在 HERA 加速器上让电子与质子对撞，就是用这种方法，结果没有发现质子内部的夸克具有任何大小的迹象。

2016 年，ZEUS 报告了这些夸克的半径上限：若它们确实有半径，也必须小于 4.3 × 10⁻¹⁹ 米，也就是说它们的直径小于 8.6 × 10⁻¹⁹ 米。这只是一个上限，并非实际大小，而且数据来自质子内部的夸克，并非底夸克本身。本站给出的 300 幺米远低于这一上限，因此没有任何实验能够证实或排除这个数值。

大小比较

• 质子直径约 1.7 飞米（1.7 × 10⁻¹⁵ 米），其宽度约为夸克直径上限的 2000 倍。
• 如果把质子放大到篮球那么大（约 24 厘米），夸克的直径就最多约为 0.12 毫米，比一根头发略宽一点。
• 夸克的直径上限约为 5 亿亿（5 × 10¹⁶）个普朗克长度，普朗克长度是本站中与底夸克相邻的条目之一。

发现

1977 年 6 月 30 日，费米实验室的科学家宣布发现了一种新粒子，命名为 Υ 粒子。这项名为 E288 的实验由利昂·莱德曼主持。Υ 粒子由一个底夸克与它的反物质伙伴——底反夸克结合而成，质量约是此前发现的任何粒子的三倍。

底夸克是第三代粒子中最先被发现的夸克。它在这一代中的搭档——顶夸克——直到 1995 年才被发现。

质量很大，却从不单独存在

粒子数据组汇集了全球的粒子测量数据，给出的底夸克质量为 4.183 GeV。粒子物理学家用这种能量单位来衡量质量，1 GeV 等于十亿电子伏特。这使得底夸克的质量约为一整个质子的 4.5 倍。它带的电荷是质子电荷的负三分之一。

夸克从未被单独发现过：每一次寻找自由夸克的尝试都以失败告终。底夸克总是被束缚在更大的粒子内部。在欧洲核子研究中心，LHCb 实验正是通过研究底夸克，来探究为什么宇宙几乎完全由物质构成，而几乎没有反物质。

参考资料

• 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.
• Revisiting the b revolution. CERN Courier, 2017.
• January 1976: From the "Oops-Leon" to the Upsilon Particle. Dan Garisto, APS News, American Physical Society, 2022.
• The Nobel Prize in Physics 1995: Press release. Royal Swedish Academy of Sciences, 1995.
• LHCb. CERN.
• SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
• Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
• Proton mass energy equivalent in MeV. NIST CODATA, 2022.
• Planck length. NIST CODATA, 2022.
• Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.