How big is 下夸克?

下夸克是构成质子和中子的两种夸克之一，另一种是上夸克。至今没有任何实验测出它的实际大小，因此图中给出的数值并不是测量结果。实验只表明，如果夸克确实有大小，也不会超过质子宽度的约两千分之一。

大小

该大小对应 8 仄米。1 仄米等于 10⁻²¹ 米，也就是一米的十亿分之一的十亿分之一，再取其千分之一。10⁻²¹ 这种写法表示 1 除以一个 1 后面跟着 21 个零的数。目前没有实验测量过任何一种夸克的大小。

为了寻找夸克的大小，物理学家会用粒子束轰击目标，再研究粒子反弹的方式。在 HERA 加速器上，ZEUS 实验让电子与质子对撞，结果没有发现质子内部的夸克具有任何大小的迹象。2016 年，该实验报告称，夸克的半径必须小于 4.3 × 10⁻¹⁹ 米，这意味着夸克的直径不到约 8.6 × 10⁻¹⁹ 米。

这个数值只是一个上限，并不是实际大小，大约是本站所给数值（8 仄米）的 110 倍。因此，实验结果并不能排除本站给出的这个数值，但也没有任何证据支持它。

大小比较

一个质子直径约为 1.7 飞米（1.7 × 10⁻¹⁵ 米），宽度是实验所允许的夸克最大尺寸的约 2000 倍。
如果把处于这一极限尺寸的夸克放大到篮球那么大，也就是直径约 24 厘米，质子的直径就会达到约 470 米。
按同样的比例，氢原子的直径将达到约 3 万千米，是地球宽度的两倍多。
大约 1.2 亿个处于这一极限尺寸的夸克并排，宽度就会达到一个氢原子那么宽，而氢原子的直径约为 0.1 纳米，也就是十亿分之一米的十分之一。

下夸克如何转变

单独存在、脱离原子核的中子并不稳定，平均只能维持约 15 分钟，之后就会衰变为质子、电子和反中微子——中微子的反物质对应粒子。这一过程称为 β 衰变。

中子由一个上夸克和两个下夸克组成，质子则由两个上夸克和一个下夸克组成。在 β 衰变中，弱力会把中子里的一个下夸克转变成上夸克。中子在此过程中释放出一个 W 玻色子——一种传递弱力的粒子，随后 W 玻色子又转变为电子和反中微子。

下夸克带有质子电荷的 −1/3，上夸克则带有 +2/3。这次转变让夸克的电荷增加了 1，而电子带有的 −1 电荷正好抵消了这部分变化。

夸克的发现过程

20 世纪 50 年代，物理学家发现了大量新粒子，并试图从中找出规律。1964 年，科学家提出了夸克的概念，最初分为上、下、奇三种。物理学家默里·盖尔曼（Murray Gell-Mann）为夸克命名。此后多年一直没有人找到夸克，许多物理学家一度认为它们只是数学上的构想。

最早的线索来自 1967 年开始的一系列实验，由斯坦福直线加速器中心（SLAC）和麻省理工学院的物理学家共同完成。他们用一台约 3.2 千米长的加速器加速电子，再用电子轰击质子和中子。结果，以大角度反弹回来的电子远比预期的多，这表明质子和中子内部存在坚硬的小颗粒。杰罗姆·弗里德曼（Jerome Friedman）、亨利·肯德尔（Henry Kendall）和理查德·泰勒（Richard Taylor）三人因这项工作共同获得了 1990 年诺贝尔物理学奖。