How big is 在此尺度下尚未证实?

这个条目是一个标记，而不是一个具体的物体。它标出了本站中已测量尺寸的下限：比它更小的物体，要么是尚未测出尺寸的粒子，要么是仅由理论给出、而非测量得到的长度。这个标记位于 100 阿米，即 10⁻¹⁶ 米，大约是一个质子宽度的十七分之一。这个数字只是一个近似值，本身并非测量结果。

大小

1 阿米等于 10⁻¹⁸ 米，也就是十亿分之一米的十亿分之一，因此 100 阿米等于 10⁻¹⁶ 米。10⁻¹⁶ 这种写法表示 1 除以一个后面跟着 16 个零的数。在这个标记之上，本站中尺寸已被测量出的最小物体是中子和质子。质子的宽度大约是 1.7 飞米（1.7 × 10⁻¹⁵ 米）。

这个标记的数值只是“已测量尺寸”与“尚未测量尺寸”之间的一条大致界线，并不意味着更短的距离无法探测。实验已经在小于该标记长度百分之一的尺度上寻找夸克的大小，但一无所获。

大小比较

• 质子宽约 1.7 飞米，是这个标记（100 阿米）的约 17 倍宽。
• 这个标记的长度是实验所允许的夸克最大尺寸（约 8.6 × 10⁻¹⁹ 米）的 100 多倍。
• 大约 100 万个 100 阿米首尾相连，长度就相当于一个氢原子的直径，氢原子的直径约为 0.1 纳米，即十亿分之一米的十分之一。
• 如果把 100 阿米放大到 1 毫米，质子的直径就会约为 17 毫米，人类头发的宽度就会约为 100 万千米，大约是地球到月球的距离的 2.6 倍。

如何研究短距离

物理学家研究短距离的方法，是用高速粒子轰击靶材，并观察它们散射的情况。像电子这样运动的粒子也具有波动的性质，能量越高，它的波长——相邻两个波峰之间的距离——就越短。波长越短，能揭示的细节就越精细。

20 世纪 60 年代末，美国斯坦福直线加速器中心（SLAC）和麻省理工学院的物理学家，用能量高达约 20 吉电子伏（GeV，十亿电子伏）的电子轰击质子。在这一能量下，电子的波长约为 6 × 10⁻¹⁷ 米，比这个标记的数值略短，也远小于质子。这些电子揭示出质子内部存在坚硬的小颗粒，也就是现在已知的夸克。

后来的实验探测得更加精细。在 HERA 加速器上，ZEUS 实验让电子与质子对撞，没有发现夸克具有任何尺寸的迹象。2016 年，该实验报告说，夸克的半径必须小于 4.3 × 10⁻¹⁹ 米。

标记之下有什么

在这个标记之下，本站展示了六种夸克——从上夸克到顶夸克，还有中微子和高能中微子。这些粒子都没有被实验测出过尺寸，因此它们的数值并非测量结果。本站还展示了弱力作用范围，这个数值是由理论估算得出的。

位于最底端的，是完全来自理论推算的长度。普朗克长度为 1.6 × 10⁻³⁵ 米，它是由三个物理常数计算得出的，而不是对某个具体物体的测量结果。超弦的尺度约为 10⁻³⁵ 米，属于超弦理论——一种设想中的“万有理论”。在所有试图统一自然界各种力的理论中，这类理论是最具推测性、也最缺乏检验的。

参考资料

• 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.