Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

8 frågor/svar hittade

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [18577]

Fråga:
Såvitt jag har förstått det hela rätt så hålls atomkärnan i huvudsak ihop av "stark växelverkan". I grund och botten så är det inte den "egentliga" starka växelverkan, utan snarare "pioner" som uppkommer som en bieffekt. Varför skapas de här pionerna, och vilken effekt har de på de protoner och neutroner som växelverkar? Vad består de av?

Den "riktiga växelverkan" sker då "inuti" nukleonerna, med gluoner som fältpartikel. Men gluoner har också en färgladdning, precis som kvarkarna. Vad har det här för effekt? Byter kvarkarna färg?

Dessutom så ska det krävas som minst gluoner om atomkärnan har ett visst antal nukleoner i förhållande till protoner (tror att det är Järn med 30 neutroner som är stabilast), och då "frigörs" gluoner om t.ex atomkärnor med mindre antal neukloner slår sig ihop för att komma närmare det här talet. Varför?
/Axel H, Tunaskolan, Lund

Svar:
Axel! Bra och svåra frågor du ställer! Det är saker som teoretiker jobbar med att förstå!

Vad gäller beskrivning av kärnkraften se fråga 1720 . Det är korrekt att den starka kraften orsakas av att kvarkarna är färgade.

Gluonernas egenskaper och påverkan på kvarkarna behandlas i fråga 15154 . Som du ser har gluonerna färg,anti-färg och får kvarkarna att byta färg.

Vilka kärnor som blir stabila och hur stabila kärnor sönderfaller behandlas i fråga 13758 .
/Peter E

Nyckelord: kärnkrafter [7]; färgkraften [8];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [17763]

Fråga:
Hej! I en länk till en länk i ett frågesvar fanns en tabell där gluoner skrevs ha vilomassan = 0. Det finns ju begreppet kvark-gluonplasma, där hög fart väl är rådande (det är ju hett) men eljest förknippar jag gluonerna med atomkärnan och den är rätt liten. Innebär masslösheten då att de alltid skulle röra sig med ljushastigheten? Även inuti atomkärnan?

Vilomasslösa partiklar syns vara fotonen, gravitonen och gluonen. De skall då röra sig med ljushastigheten, c. Fotonens energi/egenskaper bestäms av dess frekvens. Vilka egenskaper bestämmer ev energi/egenskaper hos de andra två förmedlarpartiklarna?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Thomas! En länk till en länk! "Your honour I protest, this is hearsay!" Det finns emellertid en förstahandskälla: Gluon . Vilomassan för gluonen är 0 enligt standardmodellen.

Ja, om gluonerna är masslösa har de alltid hastigheten c. Normalt är kvarkarna och gluonerna (som håller ihop kvarkarna med vad som kallas den starka färgkraften, se nedanstående länkar) inneslutna i utåt färglösa system. Vid mycket hög energi (temperatur) kan man tänka sig att man får en soppa med fria kvarkar och gluoner. Det är detta som kallas kvark-gluon plasma, se Quark–gluon_plasma .

Van gäller vilomasslösa partiklar, se fråga 13912 . Det är alltså våglängden hos materievågorna som ger den totala energin.
/Peter E

Nyckelord: standardmodellen [23]; färgkraften [8]; gluoner [6];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [15482]

Fråga:
Vilka är de viktigaste/mest kända olösta problemen inom kärnfysik?
/Eir L, Umeå, Umeå

Svar:
Eir! Åsikten om vilket problem som är viktigast beror på vilken kärnfysiker du frågar. När det gäller grundläggande kärnfysik skulle jag vilja se en beskrivning av atomkärnan i termer av kvarkar och den fundamentala färgkraften. Nuvarande beskrivning använder sig av att kärnan består av neutroner och protoner (nukleoner) som hålls ihop av en mystisk och mycket komplicerad kraft.

I själva verket består ju nukleonerna av tre kvarkar som hålls ihop av den starka färgkraften. Nukleonerna i atomkärnan hålls sedan ihop med någon sorts "restväxelverkan" mellan de olikfärgade kvarkarna i nukleonerna. En detaljerad beskrivning av detta saknas i dag.

Trots denna avsaknad av en heltäckande modell tycker jag att vi förstår en hel del av atomkärnans egenskaper. T.o.m. den enklaste modellen, vätskedroppsmodellen (se Liquid_drop_model ), beskriver många fenomen på ett utmärkt sätt. Sedan finns det mer komplexa modeller som t.ex. skalmodeller (Shell_model ) och kollektiva modeller som väl beskriver många egenskaper hos atomkärnor.

Det är emellertid klart att vår beskrivning av atomkärnan inte är på långa vägar så exakt som beskrivningen av atomen, dvs elektronernas rörelser kring atomkärnan. Detta beror dels på att i atomfallet finns en tung laddad kärna som ger den elektriska potential som elektronerna rör sig i. I atomkärnan bildar nukleonerna själva den potential de rör sig i. En annan anledning till att atomkärnan är mer svårbeskriven är att egenskaperna hos kraften mellan nukleonerna är mycket komplexa - kraften beror förutom av avståndet mellan två nukleoner även av relativa spinnet, vinkeln mellan nukleonerna och spinnet (kraften är vad man kallar icke-central), hastigheten och eventuellt om det finns en tredje nukleon i närheten.
/Peter E

Nyckelord: kärnfysik [2]; färgkraften [8];

*

Partiklar [15154]

Fråga:
Om gluoner
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
svårt hålla isär: mesoner växelverkar alltså mellan protoner/neutroner, medan gluoner växelverkar mellan kvarkar. Om det finns 8 olika gluoner, så hur skiljer man dem, vad har de för beteckning, tecken? Mvh
/alf e, ascheberg, gbg

Svar:
Alf! Det finns 8 olika gluoner. Alla med färg/antifärg kombinationer. Eftersom det finns tre färger - rött, grönt, blått - tycker man att det skulle finnas 9 gluoner. Av subtila skäl som är ganska svårt att förstå finns det i själva verket bara 8 gluoner, se Gluon och länk 1.

Den speciella kombinationen som faller bort är

(röd-antiröd + grön-antigrön + blå-antiblå)/sqrt(3)

Anledningen är att denna skulle kunna växelverka med vilken färg som helst utan att ändra egenskaper. Någon sådan växelverkan har inte observerats, så denna kombination faller bort.

Lite förenklat fungerar utbytet av gluoner som i nedanstående tabell. Vi utgår från en röd och en grön kvark (1). Den gröna kvarken sänder ut en grön/antiröd gluon och blir röd (2). Den ursprungliga röda kvarken absorberar gluonen och blir grön (3). Kvarkarna har alltså bytt färger och det är detta som ger attraktionen.

1 R   G
.
2 R   granti   R
.
3 G   R 

/Peter E

Nyckelord: standardmodellen [23]; färgkraften [8]; gluoner [6];

1 http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/gluons.html

*

Partiklar [13463]

Fråga:
Tja jag är en pojke på 14 vårar som skulle vilja ställa 2 frågor av intresse var vänlig att förklara så tydligt som möjligt med tanke på min ålder: 1. Vad är det för skillnad på fotoner, gluoner och gravitoner (tror jag de hette rätta mig om jag har fel)? 2.Hur uppstår den nukleärakraften, jag vet att den kommer från nukleonerna och jag vet vilka kvarkar de är uppbyggda av men är det bara att acceptera att den finns där. Jag menar laddningar brukar väl inte vilja vara i närheten av samma laddningar?
/Daniel K, björndalen, Trollhättan

Svar:
Daniel! Bra frågor, men naturligtvis inte lätta att svara på. Jag skall försöka göra det så enkelt som möjligt!

1. De partiklar du nämner är förmedlare av (de som överför på avstånd) de grundläggande krafterna. Om vi kompletterar med W,Z så är krafterna och förmedlarna:
  gravitation - graviton (ej påvisad)
  svaga kraften (betasönderfall) - W- och Z0
  elektromagnetiska kraften - foton
  starka kraften (färgkraften) - gluon
Dessa partiklar är inte bara olika i vilka krafter de förmedlar, utan även t.ex. mycket olika tunga. Fotonen har t.ex. vilomassan 0 medan W,Z väger lika mycket som en zirkonium-atom!

2. Du har rätt i att protonerna i kärnan är positivt laddade och repellerar varandra (vill inte vara i närheten av varandra). Det som gör att kärnan hålls ihop är den starka kraften (färgkraften kallas den, inte för att den har något med färg att göra utan för att det finns tre "laddningar) helt enkelt är starkare. De tre kvarkarna som bygger upp neutroner och protoner är "färg"laddade, och det är detta som dels håller ihop tre kvarkar till en neutron/proton, och dels håller ihop neutronerna och protonerna i en atomkärna. Färgkraften var ämnet för årets (2004) nobelpris i Fysik, se länk 1. Exakt hur färgkraften håller ihop atomkärnan har man ännu ingen riktigt bra beskrivning av - det är ett av de hetaste problemen i kärnfysik just nu.
/Peter E

Se även fråga 3456 och fråga 12080

Nyckelord: kärnkrafter [7]; kraftverkningar [9]; färgkraften [8];

1 http://nobelprize.org/physics/laureates/2004/public-sv.html

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [12499]

Fråga:
Vad är s.k. "färger" på kvarkar etc.?
/Karl N

Svar:
Kvarkarnas "färger" är inte riktiga färger utan bara en beteckning på en kvarks "laddning". Vanlig laddning finns som + och -, men färgladdning finns i tre varianter, röd, grön och blå. Alla sammansättningar med kvarkar måste vara färglösa eftersom färgkraften är enormt stark. Därför förekommer kvarkar bara som tre kvarkar (baryoner) eller kvark/antikvark (meson).
/Peter E

Se även fråga 1357 och fråga 3931

Nyckelord: färgkraften [8];

*

Partiklar [3931]

Fråga:
Har kvarkar verkligen färger?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej igen! Såg i min fysikbok att Kvarkar var avbildade i färger, blå, röd, grön. Har de verkligen dessa färger eller visas de bara så för att lättare kunna skilja på dem? Jag menar är inte kvarkar så pass mycket mindre än våglängderna för synligt ljus att de inte borde ha olika färger i våra ögon?..
/Oscar L, Vadsbogymnasiet, Mariestad

Svar:
Dina synpunkter är alldeles riktiga, kvarkarna har naturligtvis inga färger. Det är en annan egenskap som man betecknar med "färg", nämligen en sorts laddning.

Det finns två sorters vanlig (elektrisk) laddning, + och -. Olika laddningar attraheras, lika stöts bort. Om man lägger ihop en enhet positiv laddning och en enhet negativ laddning så blir resultatet ingen laddning alls, och ingen elektrisk kraftverkan med omgivningen. Eftersom den elektriska kraften är ganska stark, så drar ett laddat föremål till sig den motsatta laddningen. Detta är anledningen till att de flesta föremålen omkring oss är oladdade.

Kvarkar hålls samman av något som kallas den starka kraften eller färgkraften. Denna har den udda egenskapen att ha tre laddningar. Vad skall vi kalla dessa? Jo, vi är ju vana att addera grundfärgerna RGB till andra färger och vitt ljus. Så vi kallar helt enkelt kvark-laddningarna (hm, ett problem här är att kvarkarna har vanliga laddningar också, men låt oss bortse från det) rött, grönt och blått.

Partiklar (baryoner, mesoner) måste vara ofärgade eftersom färgkraften är så stark. Det kostar helt enkelt för mycket energi för att separera färgerna.

En proton består av tre kvarkar (bilden i mitten nedan), med färgerna blå, röd och grön. Blandar man lika mängder av dessa ljussorter, får man vitt ljus. En meson består av en kvark och en antikvark (bilden till vänster), som till exempel kan ha färgerna grön och antigrön, vilket blir ofärgat. Det finns alltså antifärger i detta sammanhang. De har ingen motsvarighet i vår vardagstillvaro. Anledningen till att alla partiklar måste vara färglösa är att en färgad partikel omedelbart drar åt sig färger för att kompensera sin färg.

Färgkraften har den märkliga egenskapen att den är mycket svag vid små avstånd och blir stark först när avståndet närmar sig 1 fm (storleken av en nukleon). Detta medför två saker:

1 Kvarkarna är i stort sett fria inne i en nukleon eller meson (asymptotisk frihet, Asymptotic_freedom ). Kraften mellan kvarkarna är alltså noll för avstånd som är mindre än c:a 1 fm, medan kraften blir mycket starkt attraktiv vid större avstånd.

2 Man kan inte observera fria kvarkar eftersom färgkraften på stora avstånd motsvarar så hög energi att det bildas mesoner som består av kvark-antikvark par, se nedanstående figur där R, G, och B symboliserar kvarkar.

nukleon
(R  G  B)
.
försök att ta loss den blå kvarken
R  G    (B  | antiB)  B
kvark/antikvark inom parantesen skapas
.
slutresultatet
(R  G  B)     (antiB  B)
 nukleon       meson     (båda färglösa)

Eftersom kraftförmedlarpartiklarna, gluonerna, har en färg och en annan anti-färg (se fråga 15154 nedan), innebär utbytet av gluoner att kvarkarna hela tiden skiftar färg.

Se vidare Strong_interaction , Quantum_chromodynamics , Quark och Gluon . Bilden är från Wikimedia Commons.



/KS/lpe

Nyckelord: standardmodellen [23]; färgkraften [8]; kvark [11]; gluoner [6];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [1720]

Fråga:
Vad är kärnkrafter?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Vad är kärnkrafter?
/Martin S, Dee Geer, Norrköping

Svar:
Kärnkrafter kallas också stark växelverkan. Den verkar mellan neutroner och protoner (och vissa andra kortlivade partiklar), och utgör "limmet" som håller ihop atomkärnan. Den har kort räckvidd, men är mycket stark - starkare än repulsionen mellan positiva protoner.

Ser vi det på kvarknivå, är färgkraften ansvarig för att hålla ihop de tre kvarkarna i protoner och neutroner (nukleoner). Den förmedlas här av en sorts "limpartiklar" som kallas gluoner. Teorin kallas QCD eller kvantkromodynamik (Kvantkromodynamik ). Gluonerna är masslösa (tror man) och skapas och absorberas hela tiden av kvarkarna. Se fråga 15154 för de olika typer av gluoner som finns. Detta utbyte av partiklar är likt beskrivningen av den elektromagnetiska kraften som ett utbyte av fotoner. Skillnaden är att gluonerna har färgladdning medan fotonerna är oladdade.

En annan skillnad är att avståndsberoendet är helt annorlunda. Den elektromagnetiska kraften avtar med avståndet r som 1/r2. Färgkraften är försumbar på små avstånd men mycket stor på stora avstånd (1 fm). Detta kallas asymptotisk frihet (Asymptotic_freedom ).

För atomkärnan ser man kärnkraften som en van der Waalskraft (Van_der_Waals_force ) som orsakas av att man får en polarisation av de tre färgerna i nukleonerna. Teorierna som beskriver detta är dels exakta (QCD_lattice_model ) och dels störningsteorier. Man har emellertid ännu inte kommit fram till en helt tillfredsställande beskrivning.

Alternativt kan man beskriva kärnkraften som ett utbyte av pioner. Denna klassiska modell (Yukawa_interaction ) används fortfarande och ger bra resultat. Vid utbyte av laddade pioner byter nukleonerna skepnad, dvs protoner blir neutroner och tvärtom. Se figuren i länk 1.

Utbyteskraften i atomkärnor illustreras i figuren nedan (Strong_interaction ) med följande figurtext:

An animation of the nuclear force (or residual strong force) interaction between a proton and a neutron. The small colored double circles are gluons, which can be seen binding the proton and neutron together. These gluons also hold the quark-antiquark combination called the pion together, and thus help transmit the a residual part of the strong force even between colourless hadrons.

Observera att figuren visar utbyte av en oladdad pion, vilken naturligtvis inte ger förändring proton-neutron.

Du kan läsa mer om det här: The ABC's of Nuclear Science och färgkraften .

Tack Kevin för en lektion i QCD för kärnfysiker!



/KS/lpe

Se även fråga 1433

Nyckelord: kärnkrafter [7]; färgkraften [8]; gluoner [6];

1 http://www.nobelprize.org/educational/physics/matter/14.html

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7168 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-07-06 14:08:20.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.