How big is 奇夸克?
4 介米!
奇夸克是六种夸克中第三轻的一种，常见于 K 介子等寿命很短的粒子中，而普通物质则由更轻的上夸克和下夸克构成。没有任何实验测出过奇夸克的大小，因此图中给出的数值并非实际测量值。实验只能确定，夸克如果确实有大小，也不会超过质子宽度的约两千分之一。
大小
大小一栏给出的数值是 4 仄米。1 仄米等于 10−21 米，即千分之一的十亿分之一的十亿分之一米。10−21 这种记法表示 1 除以一个 1 后面跟着 21 个零所得的数。目前没有任何实验测出过任何一种夸克的大小。
实验只能给出一个上限。在 HERA 加速器上，ZEUS 实验让电子与质子对撞，没有发现质子内部的夸克具有任何大小的迹象。2016 年，该实验报告了夸克半径的上限：必须小于 4.3 × 10−19 米，因此夸克的直径小于约 8.6 × 10−19 米。
这一上限来自质子内部的夸克，并非专门针对奇夸克测得。它约为本站给出数值的 200 倍，因此没有任何实验与这个数值相矛盾，但也没有实验能够支持它。
大小比较
- 质子直径约 1.7 飞米（1.7 × 10−15 米），其宽度约为实验所允许的夸克最大尺寸的 2000 倍。
- 如果把质子放大到篮球那么大（约 24 厘米），处于这一上限的夸克就会变成约 0.12 毫米宽，比一根普通头发略宽一点。
- 按同样的比例，氢原子就会变成约 15 千米宽。
最早发现的奇异粒子
1947 年，曼彻斯特大学的克利福德·巴特勒和乔治·罗切斯特报告了此前从未见过的粒子径迹。他们是用云室拍摄到这些径迹的——云室是一种装置，带电粒子经过时会在其中留下一串细小的雾滴轨迹。这些粒子后来被称为 K 介子。
K 介子不符合当时物理学家所知的任何图景。它们质量很大，约为质子质量的一半，但衰变前存在的时间却相对较长。20 世纪 50 年代，默里·盖尔曼、西岛和彦、亚伯拉罕·派斯等人提出了一种新性质——奇异数，来解释这一现象。这个名字正反映了这些粒子一直以来给人的古怪印象。
如今，奇异数的来源被归结为奇夸克。例如，正 K 介子就是由一个上夸克与一个奇反夸克（奇夸克的反物质伙伴）结合而成的。
较重的夸克
粒子数据组汇集了全球的粒子测量数据，给出的奇夸克质量为 93.5 MeV。粒子物理学家用这种能量单位来表示质量，1 MeV 等于 100 万电子伏特。奇夸克的质量约为下夸克质量的 20 倍，是上夸克质量的 43 倍。
较重的夸克并不稳定，弱力会把它们转变为更轻的夸克。这正是含有奇夸克的粒子最终都会衰变的原因。正 K 介子的平均寿命约为 12 纳秒。由一个上夸克、一个下夸克和一个奇夸克组成的 Λ 粒子，寿命约为 0.25 纳秒。
参考资料
- 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.
- Meet the kaon. Nathan Collins, Symmetry, 2020.
- SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
- Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
- Bohr radius. NIST CODATA, 2022.
- Official Basketball Rules 2026: Basketball Equipment. FIBA, 2026.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.