Partikelfysik

Man kan säga att det var Demokritos (en gammal grek) som lade grunden för partikelfysiken. Han antog (mest av filosofiska skäl) att om man delade materien i mindre och mindre delar, skulle man till slut komma ned till så små delar att de inte gick att dela längre. Vore det inte så, resonerade han, skulle det kunna existera oändligt små materiebitar och det var filosofiskt oacceptabelt.
Han kallade dessa för atomer från grekiskans atomos vilket betyder odelbar.
Han hade rätt men samtidigt fel, visade det sig senare.
Först och främst så har det visat sig att atomerna inte är de minsta beståndsdelarna. 1879 upptäckte JJ Thomson elektronen vilket visade att atomen inte var odelbar.
Ernst Rutherford lade 1909 fram förslaget/teorin att elektronerna rör sig runt kärnan ungefär som ett solsystem i miniatyr. Man får lära sig i skolan att det förhåller sig på det sättet också. (i alla fall på min tid)
Det är dock inte sant, det har kvantfysiken visat, men det är en bra och ganska användbar visualisering.

Jag ska här kortfattat beskriva lite ut partikelfysikens värld. Det som jag här beskriver är något som kallas standardmodellen. Som alla modeller/teorier i vetenskapens värld kan de ändras med tiden, men hellre det är att någonting tas som en absolut sanning bara för att det aldrig har blivit ifrågasatt.
Jag tänker nu på bokstavstrogen religion.

Man trodde alltså från början att atomerna var materiens minsta beståndsdelar men upptäckte sedan elektronen, protonen och neutronen och trodde då att man hade hittat de minsta byggstenarna. År 1964 upptäckte Murray Gell-Mann och Georg Zweig oberoende av varandra att de inte heller var de minsta byggstenarna. (Protonen och neutronen alltså, inte Murray och Georg)
Protonen och neutronen bestod i sig tur av ännu mindre delar som de kallade för kvarkar.

Standardmodellen

Det ni ser här till höger kallas för standardmodellen. Den har varit mycket framgångsrik när man har försökt att förklara materiens minsta beståndsdelar, men den är kanske inte helt korrekt. Den jättelika partikelaccelertorn Large Hadron Collider (LHC) kommer kanske att ge resultat så standardmodellen måste modifieras något. Mer om det längre ned, men tillsvidare så får vi hålla till godo med den nu accepterade modellen.

Standardmodellen innehåller de nu kända elementarpartiklarna. Med en elementarpartikel menas en partikel som i sin tur inte är uppbyggd av andra partiklar, men vi har tidigare trott att vi har haft materiens minsta beståndsdelar när vi inte alls har haft dem, så det skadar inte att vara ödmjuk.
Standardmodellen innehåller minst 12 elementarpartiklar. De blå i figuren till höger är kvarkar. De heter uppkvark, nedkvark, charmkvark, särkvark, toppkvark och bottenkvark.
De gröna är leptoner. De är elekronneutrinon (Ve), myonneutrinon (Vu), taunutrinon (Vt), elektonen (e), myonen (u), och tauonen (t).
Till dessa kommer 4 bosoner: fotonen (y), gluonen (g), Z-bosonen och W-bosonerna (W+ och W-).
Sen finns det ytterligare 2 hypotetiska partiklar som inte är funna än men de måste finnas för att standardmodellen ska "gå ihop". De är gravitonen och Higgsbosonen. Ytterligare 2 partiklar borde enligt vissa modeller ha funnits omedelbart efter Big Bang, X-bosonerna. (Ej med i diagrammet)
Kvarkar och leptoner (alltså alla utom bosonerna) kallas tillsammans för fermioner och finns i 3 "generationer"- Fermionerna i generation III existerade när energinivåerna var mycket höga (strax efter Big Bang). Generation II när energin var lite mindre och Generation I existerar än. All materia som existerar idag (utom i partikelacceleratorer och liknande) består av partiklar i Generation I (även bosonerna finns idag)
All vanlig materia består av protoner, neutroner och elektroner. (antimateria undantagen) Samtliga från Generation I.
Higgsbosonen och gravitonen (som än så länge är hypotetiska) är lite speciella, därför brukar de inte räknas in i standardmodellen (som den ser ut nu i alla fall). Det är därför de är gråmarkerade, läs mer om dem längre ned. (Higgsbosonen har hittats efter jag skrev det här men den har ändå fått stå kvar som gråmarkerad i diagrammet, den "hör inte riktigt hemma" i standardmodellen, det är anlednigen)

Förklaring av figuren

*) Elektronens laddning = -1.
**) Man har hitat en boson med 125-126 GeV massa men man vet egentligen inget mer om den. Det verkar vara Higgsbosonen man har hittat.

Sen har alla partiklar ett spinn och en elektrisk laddning som ni kan se i tabellen. Bosonerna har heltalsspinn (0,1,2) och fermionerna har halvtalspinn (t.ex. -1/2 eller +1/2). Man ska inte tänka sig en elementarpartikel som en gyrosnurra, utan spinnet hos en partikel är mera en egenskap hos partikeln. Fundera inte mer över det.

Bosonerna är kraftbärande partiklar. De växelverkar med de andra partiklarna och skapar de fyra naturkrafterna:

1. Den starka kärnkraften. Håller ihop atomkärnan. Ansvarig partikel är gluonen.
2. Den svaga kärnkraften. Verkar vid radioaktivt sönderfall. Ansvariga partiklar är W-bosonerna och Z-bosonen.
3. Den elektromagnetiska kraften. Magnetism, radio, ljus m.m. Ansvarig partikel är fotonen.
4. Gravitationen. Ansvarig partikel är gravitonen. Gravitonen är än så länge en hypotetisk partikel. (ej upptäckt)
   Men den måste finnas, annars har partikelfyskerna en del att förklara... Kanske LHC (Large Hadron Collider) kan ge svar senare.

Till detta kommer Higgsbosonen och X-bosonerna. Om Higgsbosonen existerar så är det troligen den som är ansvarig för att materien överhuvudtaget har en massa. Higgsbosonen är också en hypotetisk partikel. På senare tid har dock LHC lämnat såna data så det verkar som om man har funnit Higgsbosonen nu. Men jag vet inte. Man brukar ibland se såna benämningar som "Gudspartikeln" och "Higgspartikeln" på den men den rätta är alltså "Higgsbosonen". Jag förstår inte vad som sklle vara så gudalikt med en subatomär partikel.

Sen kommer sådana partiklar som inte själva är elementarpartiklar utan är uppbyggda av sådana.

Man kallar alla partiklar som är uppbyggda av kvarkar för hadroner. Hadronerna delas in i två undertyper: baryoner (består av tre kvarkar) och mesoner (består av en kvark och en anti-kvark).
Exempel på baryoner är protonen och neutronen. Det finns tre mesoner, de betecknas Π+, Π- och Π0. (Π = Pi)

Man kan genom enkel matematik se att det faktiskt stämmer när man lägger ihop laddningarna som finns i tabellen ovan hos de enskilda kvarkarna.
Protonen består av två uppkvarkar och en nedkvark. Uppkvarken har laddningen +2/3 och nedkvarken har laddningen -1/3. Alltså: 2/3 + 2/3 - 1/3 = 3/3 = +1.
För neutronen som består av två nedkvarkar och en uppkvark blir det: +2/3 - 1/3 - 1/3 = 0.
Spinntalen kan man inte lägga ihop på samma sätt. De lite underliga talen för laddningen (1/3, 2/3...) beror på att man hittade protonen först och definierade dess laddning till 1.

När man sedan hittade kvarkarna var man tvungen att definiera kvarkars laddning som -1/3 eller +2/3 för att få det att gå ihop. Det är alltså bara en definitionsfråga egentligen.