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.

22 frågor/svar hittade

Partiklar [19172]

Fråga:
Vilka partiklar är stabila?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Vilka partiklar är stabila? Elektronen är det och protonen. Men anses kvarkar stabila? En nerkvark övergår i uppkvark när en neutron sönderfaller, så nerkvarken är väl inte stabil? Och är neutriner stabila, eller anses de sönderfalla? (De är ju rätt energirika, så de borde kunna sönderfalla.)
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Nedanstående bild visar alla elementarpartiklar enligt standardmodellen. Partiklarna är vertikalt ordnade efter vilomassa.

För att en partikel skall sönderfalla måste ett antal villkor (baserade på bevaringslagar) uppfyllas:

1 Sluttillståndet måste innehålla minst två partiklar
2 Partiklarna i sluttillståndet måste ha en sammanlagd vilomassa som är mindre än den sönderfallande partikelns massa (bevarande av energin)
3 Totala laddningen måste bevaras
4 Antalet fermioner (partiklar med halvtaligt spinn) kan bara ändras med ett jämnt antal (bevarande av rörelsemängdsmoment)
5 Antalet kvarkar bevaras (bevarande av baryontal)

De partiklar som uppfyller dessa villkor är

1 masslösa kraftförmedlarpartiklar: foton och gluon
2 elektron
3 proton
4 neutrino

Listan kräver några kommentarer:

Protonen är ingen elementarpartikel eftersom den består av tre kvarkar. Kvarkar kan emellertid inte förekomma isolerade, varför protonen kan betraktas som elementarpartikel. Protonens stabilitet implicerar då att den lättaste kvarkarna (upp och ner) är stabila i protonkonfigurationen (upp, upp, ner). Neutronen (upp, ner, ner) är emellertid inte stabil om den är isolerad. Den b-sönderfaller till en proton, se fråga 17998 . Tillsammans med rätt antal protoner kan neutronen emellertid vara stabil i en atomkärna.

Lägg även märke till att de två lättaste kvarkarna har mycket mindre massa än protoner och neutroner med massan c:a 1 GeV. Nukleonerna består alltså av mycket mer än tre kvarkar, den största delen av massan kommer från gluoner (Quark#Mass ).

Neutrinon är alltså i princip stabil, men den oscillerar mellan olika aromer (elektron, myon, tau), se Neutrino_oscillation .

Se även Particle_decay

Bilden nedan är från http://profmattstrassler.files.wordpress.com/2011/08/sm_masses2.png



/Peter E

Nyckelord: standardmodellen [22]; kvark [10]; neutrino [13];

1 http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/why-do-particles-decay/most-particles-decay-why/
2 http://profmattstrassler.com/articles-and-posts/particle-physics-basics/why-do-particles-decay/most-particles-decay-yet-some-dont/

*

Partiklar [19140]

Fråga:
Hej! I en tidningsartikel om Cern står det att standardmodellen med upptäckten av Higgspartikeln nu är komplett, men att man ändå letar vidare efter nya partiklar, som skulle tillhöra "Higgsfamiljen", fem eller sju nya partiklar. (Eller hitta en helt ny fysik.) Jag har aldrig hört tals om att det skulle finnas fler än en sorts higgspartikel(än den som ger materia massa). Vad skall/skulle de oupptäckta ha för funktion eller ge svar på för frågor?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Nej, standardmodellen är inte komplett. I bästa fall är den ofullständig, i sämsta helt enkelt fel. Bland annat saknas gravitationen, och neutrinerna i modellen har ingen massa medan de enligt övertygande observationer (neutrino-oscillationer) har en liten massa. Det finns också varianter av Higgs teori med 1-7 higgspartiklar.

Vilka frågor detta skulle besvara är svårt att se: det bara är så. Varför finns det t.ex. två extra familjer elementarpartiklar (sär/charm och bottom/top)? En sak man letar efter är vad är den mörka materian som krävs för att den kosmologiska standardmodellen skall gå ihop.

Se vidare länk 1. Länk 2 är 2013 års Nobelföreläsning om higgspartikeln.
/Peter E

Nyckelord: standardmodellen [22]; higgspartikeln [8];

1 http://www.svd.se/nyheter/utrikes/cern-jublar-i-skuggan-av-ny-partikel_7320327.svd
2 http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2013/englert-lecture.html

*

Blandat [18849]

Fråga:
Hur har upptäckten av standardmodellen påverkat människan?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hejsan! Hur har upptäckten av standardmodellen påverkat människan? Vad är de positiva resp. negativa effekterna av upptäckten?
/Agnes H, Donnergymnasiet, Göteborg

Svar:
Agnes! Med standardmodellen inom partikelfysik avses den modell som beskriver de minsta partiklarna och deras interaktioner (kraftverkningar) genom elektromagnetisk, stark och svag växelverkan med hjälp av kvantfältteori. Standardmodellen är en kvantmekanisk teori, men den är ingen heltäckande modell eftersom den inte innefattar gravitationskraften. Se bilden nedan och Standardmodellen .

I standardmodellen ingår två typer av partiklar, leptoner och kvarkar. Dessutom ingår higgspartikeln (som har att göra med elementarpartiklarnas massor) och kraftförmedlingspartiklar.

Lepton: Leptonerna är den ena huvudgruppen av fermioniska (med halvtaligt spinn) elementarpartiklar. Av leptoner finns det sex stycken aromer, vilka liksom kvarkarna delas in i tre familjer. Varje familj består av en partikel och tillhörande neutrino. Se Lepton .

En kvark är en elementarpartikel som tillsammans med en eller flera andra kvarkar bygger upp den grupp partiklar som kallas hadroner (t.ex. nukleoner och mesoner). Så vitt man vet idag är kvarkarna, tillsammans med leptonerna, materiens minsta byggstenar. Det finns sex olika typer av kvarkar, kända som aromer. Aromerna med den lägsta massan, uppkvarken och nedkvarken, är i allmänhet stabila och mycket vanligt förekommande i universum. Se Quark .

Den viktiga skillnaden mellan leptoner och kvarkar är att leptoner växelverkar bara med den svaga kraften medan kvarkar växelverkar med både den svaga och starka kraften.

Eftersom mycket få personer fullt ut förstår standardmodellen är dess praktiska betydelse mycket begränsad. Det ligger emellertid i människans natur att försöka förstå världen omkring sig, och för detta är standardmodellen tillsammans med big bang teorin mycket viktiga puzzelbitar. Även om man inte förstår teorierna fullständigt, kan det vär vara intressant att veta att universum är uppbyggt av kvarkar och leptoner och att universum skapades i en gigantisk explosion för 13.7 miljarder år sedan...?

Ett annat skäl att bedriva avancerad forskning t.ex. på CERN är att man utvecklar ny teknik som kan användas för andra ändamål. Ett exempel är avbildning för medicinsk diagnos (PET, se Positron_emission_tomography ).

Ett annan utveckling är när Tim Berners-Lee (Tim_Berners-Lee ) på CERN ville åstadkomma ett informationssystem som forskarna kunde använda för snabb kommunikation av data och idéer. Det dröjde inte länge innan man insåg att detta system hade generell tillämpbarhet, och WWW (World_Wide_Web ) var fött.

Avancerad förskning är även utmärkt för att utbilda nästa generations forskare, lärare, industriledare och entreprenörer.

Några negativa effekter av grundläggande forskning är svårare att hitta. Möjligen om man använder kunskapen till destruktiva tillämpningar, t.ex. vapen. Men då är det tillämpningarna som är destruktiva, inte kunskapen. Sedan kan man även hävda att frontilinjeforskning inom vissa områden (t.ex. partikelfysik, astrofysik) är dyr eftersom den kräver stora och avancerade apparater.

Länk 1 innehåller en bra artikel från CERN om nyttan av avancerad forskning. Länk 2 ger en hel katalog av tillämpningar.

/*fa*



/Peter E

Nyckelord: fysik, nytta med [6]; standardmodellen [22];

1 http://public.web.cern.ch/public/en/about/BasicScience3-en.html
2 http://www.beyonddiscovery.org/articleindex.asp

*

Universum-Solen-Planeterna [18798]

Fråga:
Hej! Kroppars rörelser och allt inom fysik bestäms ju av hur fysikens lagar är. Men vad bestämmer fysikens lagar, "skapades" fysikens lagar då "The Big Bang" skedde eller gällde dessa lagar innan Big Bang också.
/Awat N, Liu, Linköping

Svar:
Awat! Det är en mycket filosofisk fråga, som vi egentligen inte vet något om. Man brukar säga att tiden började vid big bang, vilket i princip innebär att de grundläggande lagarna skapades eftersom tid/rum är grundläggande för alla naturlagar. Från en förenad urkraft skapades fyra krafter (se fråga 17472 ) och en uppsättning partiklar (se fråga 9598 ).
/Peter E

Nyckelord: big bang [27]; standardmodellen [22];

*

Partiklar [18752]

Fråga:
Hej, jag har några frågor om higgs partikel. Vad har partikeln för anknytning till Big Bang? Och varför kallas den gudspartikel?
/Anna H

Svar:
Higgspartikeln bildades strax efter big bang när den elektrosvaga kraften delades upp i den svaga och den elektromagnetiska kraften, se länk 1.

Den kallas gudspartikeln eftersom den är så viktig genom att skapa massa hos de andra partiklarna i standardmodellen, se Higgsboson och på engelska Higgs_boson och The_God_Particle:_If_the_Universe_Is_the_Answer,_What_Is_the_Question? .

Se även dokument under länk 2.
/Peter E

Nyckelord: higgspartikeln [8]; standardmodellen [22];

1 http://public.web.cern.ch/public/en/Science/Higgs-en.html
2 http://www.lth.se/fysik/om_institutionen/nyheter/nyheter_juli_2012/higgspartikeln_artiklar_i_urval/

*

Partiklar [18392]

Fråga:
Hej! Enligt medieuppgifter är Higgspartikeln, som "ger materia massa" på väg att verifieras. Finns det något utrett om vad t ex en laddad partikel som en proton u t a n massa skulle vara? Skulle en sådan partikel kunna ha en hastighet under ljusets, t ex stå stilla?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Aktuellt status enligt Wikipedia 13/12/2011 (Higgsboson ):

Preliminära resultat från LHC utesluter att Higgsbosonen kan ha en massa mellan 130 GeV och cirka 500 GeV, men kring 125 GeV finns resultat på gränsen till signifikanta, vilka kan tolkas som en Higgsboson, men det kan ännu inte uteslutas att det bara är en statistisk fluktuation. Båda de två stora experimenten vid LHC, CMS och ATLAS får väsentligen samma resultat, inklusive samma antydningar kring 125 GeV.

Det är alltså möjligt att man hittat Higgsbosonen även om man (länk 1) är mycket försiktig. Figuren nedan från ATLAS-kollaborationen (från länk 1 som innehåller en länk till förklaring) visar en topp vid drygt 125 GeV. Även CMS-kollaborationens data uppvisar en topp vid samma energi. Ett problem är att toppen borde vara betydligt större!

Jag tror inte en laddad partikel kan vara masslös!

Se länk 1 för en rolig animering om sökandet efter higgspartikeln.


Nyckelord: higgspartikeln [8]; standardmodellen [22];

1 http://www.phdcomics.com/comics.php?f=1489

*

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 [22]; färgkraften [8]; gluoner [5];

*

Partiklar [17502]

Fråga:
Antimateria på CERN
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! I CERN har det producerats antimateria, enligt tidningsrapporter. Har antimateriepartiklarna samma kvanttal som vanlig materia? Följer antimaterian Paulipricipen? Hur skiljer/påvisar man en neutron från en antineutron, de är ju båda oladdade?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Thomas! Det nya är att man lyckats "klä på" antiprotoner med positroner och alltså lyckats framställa ett litet antal (38) anti-väteatomer. Det innebär att man kan studera övergångar i anti-väte och jämföra dem med väte. Standardmodellen säger att egenskaperna skall vara exakt desamma med undantag för laddningen. Antipartiklar följer Pauliprincipen mot andra identiska antipartiklar, mot motsvarande partiklar saknar Pauliprincipen mening.

Man alltså lyckats framställa en liten mängd oladdad antimateria. Än så länge inte tillräckligt för att scenariot i Dan Browns bok (och filmen) Änglar och demoner skall bli verklighet!

Neutronen har t.ex. ett magnetiskt moment. Anti-neutronen har det motsatta eftersom kvarkarna har annan laddning. Neutronen har kvarksammansättningen ddu (laddning -1/3,-1/3,+2/3). Antineutronen har sammansättningen dantidantiuanti (laddning +1/3,+1/3,-2/3).

Se vidare "over the top" artikeln länk 1 och den mer sansade pressreleasen länk 2.
/Peter E

Nyckelord: standardmodellen [22]; antimateria [14]; kvark [10];

1 http://www.theregister.co.uk/2010/11/18/cern_antimatter_bomb/
2 http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2010/PR22.10E.html

*

Universum-Solen-Planeterna [17472]

Fråga:
Hej! Diametern på det synliga universum har angivits till 93 miljarder ljusår. Universums ålder anges till c:a 13,8 miljarer år. Om universum utvidgats med ljushastigheten borde storleken väl vara c:a 13 miljarder ljuår "i radie", dvs det dubbla i diameter. Diskrepansen är rätt stor. är orsakentill den den s k inflationen, som anses ha skett strax efter begynnelsen? Hur länge pågick inflationen, vad orsakade den (=hur kom den till) och vilken var dess hastighet -den tycks ju ha gått fortare än ljuset!-?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Hej Thomas! Var har du fått 93 miljarder år från? Om universum är 14 miljarder år gammalt så är diametern hos det synliga universum definitionsvis 28 miljarder ljusår. Hur stort "hela" universum är vet vi helt enkelt inte, det kan vara oändligt stort. Se fråga 6116 .

Inflation är att universum under någon bråkdels sekund nästan direkt efter big bang expanderade extremt fort - storleken beräknas ha ökat ungefär 1028 gånger, se Inflation_(cosmology) .

Expansionen vid inflationen var mycket kortvarig omkring 10-38 s. Inflationen skedde med en hastighet som översteg ljushastigheten. Orsaken kan vara en fasförändring (som frigjorde energi) då den starka (färg)kraften skildes från den elektrosvaga, se fråga 1496 . Se länk 1.

Bilden nedan av de fyra olika kraftverkningarna är från länk 1. I standardmodellen finns fyra kraftverkningar:

* gravitation
* svag växelverkan (betasönderfall)
* elektromagnetism
* starka färgkraften (QCD - håller ihop kvarkar)

Dessa kraftverkningar var vid big bang förenade i en kraft. Efter hand har ur-kraften separerats till fyra olika krafter. Kärnkraften (som håller ihop protoner och neutroner i atomkärnan) är inte en separat kraft utan en yttring av den starka färgkraften.



/Peter E

Nyckelord: inflation [5]; big bang [27]; standardmodellen [22]; kraftverkningar [8];

1 http://www.daviddarling.info/encyclopedia/B/Big_Bang.html

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [16236]

Fråga:
Hur har atomens nya uppbyggnad med kvarkar och strängar påverkat vårt sätt att se på vår omvärld? Tack i förhand!
/sofie b, göksten, eskilstuna

Svar:
Sofie! Inte ett dugg skulle jag säga! Strängteorin har ännu inga konsekvenser i observationer så den lever lite sitt eget liv.

Inte heller kvarkteorin (standardmodellen), som däremot är mycket väl etablerad, har några praktiska konsekvenser för kärnfysik och atomfysik. Man räknar fortfarande på atomkärnan som en samling neutroner/protoner. Först när man går till högre energier och studerar hadroner (protoner, neutroner, mesoner mm) kommer kvarkar och gluoner in i bilden.

Länk 1 är en kul sång, Bohemian Gravity (originalet Bohemian Rapsody av Queen), som bland annat handlar om strängteori.
/Peter E

Nyckelord: strängteori [7]; standardmodellen [22];

1 http://www.youtube.com/watch?v=2rjbtsX7twc&feature=youtu.be

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [15771]

Fråga:
Nu när den stora acceleratorn LHC startar på CERN: är det risk att det bildas ett svart hål som hela jorden kan försvinna i?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Nu när den stora acceleratorn LHC startar på CERN: är det risk att det bildas ett svart hål som hela jorden kan försvinna i?
/Mamma till orolig lågstadieelev

Svar:
Nej, det är ingen fara! Det bildas inga svarta hål!

Förhoppningsvis kan man genom kollisioner åstadkomma materia med mycket hög temperatur och densitet, och denna skulle kunna ha andra egenskaper än vanlig materia - den skulle kunna tänkas innehålla fria kvarkar. Detta kallas kvark-gluon plasma. Men som sagt, det är helt ofarligt. Naturen utför ännu mer våldsamma experiment när kosmisk strålning träffar jorden. Det förekommer kärnpartiklar med energier upp till 1 joule i den kosmiska strålningen - detta är mycket mer än vad man kan åstadkomma med LHC.

Det andra man vill åstadkomma med LHC är att hitta den s.k. higgspartikeln . Denna behövs för den s.k. standardmodellen .

Länk 1 nedan är en artikel om LHC från Sydsvenskan. Mer information finns på LHC och CERN . Den senare har en artikel om säkerheten med LHC där det bland annat står:

“The LHC will enable us to study in detail what nature is doing all around us,” said CERN Director General Robert Aymar. “The LHC is safe, and any suggestion that it might present a risk is pure fiction.”

Tillägg 11 september 2008:
Det har på andra sätt kommit in en del frågor om farligheten hos LHC. Delvis baseras detta på information i en liten artikel av Johan Hakelius i Aftonbladet. Han är dock tydligt ironisk mot uppgifterna, och han kan ju inte hjälpa att några tossar förutspår världens undergång. Det har alltid funnits sådana, se t.ex. The_End_Is_Nigh#Origin_of_name .

Anton har en annan synpunkt förutom jordens undergång: skall man lägga ner miljarder euro för att bygga en accelerator som kanske kommer fram till något som knappast är relevant för de flesta människor? Ja, så länge man har en hygglig balans mellan direkt nyttig forskning och nyfikenhetsforskning så tycker jag det! Hade människan inte varit nyfiken så hade vi varit kvar i träddungarna i Afrika!

Många av de nyttigheter vi har idag (och för all del även onyttigheter) är direkta resultat av nyfikenhetsforskning. Ett exempel från CERN är World Wide Web. I dag är webben en vida spridd och viktig nyttighet: från början var det ett sätt för forskarna att kommunicera sina resultat tills Tim_Berners_Lee kom på att kanske hela värden behöver kommunicera!

Det viktigaste skälet för nyfikenhetsforskning är emellertid att människan är inte människa om hon inte får ägna sig åt annat än det direkt för överlevnaden nyttiga! Det är ju ändå så att en symfoni av Beethoven, en vacker tavla och en liten förståelse hur vi passar in i universum gör livet rikare!

Tack Madelene för Aftonbladet-artikeln och Nils-Göran för Antons inlägg!

Två intressanta videor:


/Peter E

Nyckelord: higgspartikeln [8]; standardmodellen [22]; gluoner [5];

1 http://sydsvenskan.se/varlden/article365220/De-storsta-svaren-finns-i-de-minsta-bitarna.html

*

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 [22]; färgkraften [8]; gluoner [5];

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

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [15152]

Fråga:
mesoner, är de budbärare eller vad, vilken kraft?

varför har svaga kraften så omständigt namn (inter mediär vektor boson) jämfört med de andra?
/alf e, acheberg, göteborg

Svar:
Mesoner används för att beskriva kraften mellan nukleoner i en kärna. Detta är inte en fundamental kraft (och mesonerna inte kraftförmedlingspartiklar enligt standardmodellen ) utan en yttring av den starka färgkraften som håller ihop kvarkar. Se fråga 14216 och länk 1 nedan.

Partiklarna kallas vektorboson för att spinnet är 1 (som alla kraftförmedlarpartiklar). Intermediär vet jag inte var det kommer ifrån. Partiklarna kallas numera helt enkelt W+, W- och Z0. Se länk 2.
/Peter E

Se även fråga 14216

Nyckelord: standardmodellen [22];

1 http://hands-on-cern.physto.se/hoc_v21sv/rollover/ro_pimesonkraft.html
2 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/particles/expar.html#c3

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [14224]

Fråga:
Hej, vad menar man när man talar om olika frihetsgrader angående higgsmekanismen? Tack
/Karl L, Bergala, Tynum

Svar:
Hej Karl! Jag är nu på Fysikdagarna i Umeå - ett arrangemang både för universitetslärare/forskare och för gymnasielärare.

Din fråga är inte lätt att besvara - trots att jag hade tillfälle att fråga en partikelfysiker! Teorin om Higgs (en del av den sk Standardmodellen, se nedanstående länk) är ganska abstrakt!

Det bästa jag kan säga är att de fyra frihetsgraderna motsvarar de intermediära bosonernas (W+, W- och Z0) massor samt higgspartikelns massa.

Övriga partiklar (leptoner, kvarkar) får sin massa på annat sätt.
/Peter E

Nyckelord: standardmodellen [22];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [13796]

Fråga:
Hur många olika sorters neutriner finns det?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej igen, här är några funderingar som jag fick när jag skrev ett skolarbete i fysiken.

1. Som jag har fattat det så består t.ex. en proton av 3 kvarkar (2 uppkvarkar och 1 nedkvark) men jag har märkt att man säger att den också består av 5% antikvarkar. vad menar man med det, en kvark kan väl inte vara delad på något sätt?

2. Jag läste också att man letar efter Neutriner men är man inte redan säker på att det finns en neutrin i varje partikel familj (1=elektronneutrinon, 2=myonneutrinon och 3=tauneutrinon). Så letar man efter nya neutriner eller vill man bara hitta mer av de som redan är upptäckta för expriment?
/Karl J, Hjärteskolan, Trosa

Svar:
1. Kvarkarna rör sig inne i nukleonerna med mycket höga energier. När de kolliderar bildas kortlivade kvark/antikvark-par. Så man kan alltså säga att nukleonerna till en del består av antikvarkar. Om man säger att de till 5% består av antikvarkar så menar man att under 5% av tiden består nukleonen av tre kvarkar plus ett kvark-antikvark par.

2. Jag vet inte om man kan säga att man letar nya neutrinotyper men däremot neutriner från olika källor. Enligt standardmodellen och mycket detaljerade mätningar av vidden hos Z-partikeln från CERN är det ganska klart att det finns tre typer av neutriner. Figuren nedan visar mätresultatet. Det är klart att 2 och 4 typer av neutriner är inkonsistent med data.

Vad man också är ute efter är att bekräfta att neutrinerna har en vilomassa som är skild från noll. I så fall skulle man kunna få s.k. neutrino-oscillationer, dvs att en neutrino av en typ kan förvandlas till en annan typ. Se vidare Neutrino_oscillation .

Se vidare Standardmodellen och Standard_Model .


Nyckelord: standardmodellen [22]; kvark [10];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [12985]

Fråga:
Hej! Jag har en liten fråga här.. Vid betasönderfall omvandlas en neutron till en proton och en elektron, eller hur? Jag har läst att en neutron består av tre kvarkar, två down(-1/3) och en up(+2/3) som blir laddningen noll. Vid betasönderfallet omvandlas en down-kvark till en up, på så vis blir laddningen +1. Det jag inte förstår är att hur en neutron kan bli en proton OCH en elektron. Varför har neutronen laddningen 0 då, eftersom elektronen har laddningen -1 medan kvarkarna tillsammans är neutrala?
/Helene A, Parkskolan, Mönsterås

Svar:
I kvarkmodellen är neutronens sönderfall en ner-kvark som förvandlas till en upp-kvark och en W- boson:

d(du) --> u(du) + W- --> udu + e- + vanti

Observera att laddningen bevaras: -1/3 till vänster blir +2/3 och -1 till höger (om vi betraktar (du) som åskådare). W- bosonen sönderfaller mycket snabbt till en elektron + en antineutrino. På samma sätt kan man se b+-sönderfallet i kvarkmodellen:

u(du) --> d(du) + W+ --> ddu + e+ + v

Så du ser att slutresultatet blir samma som i den klassiska bilden av betasönderfallet.

Nyckelord: betasönderfall [13]; standardmodellen [22]; kvark [10];

*

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [12723]

Fråga:
Jag har kollat på dem länkarna, och jag hittade inte det svar jag var ute efter. Dessutom kan jag inte så bra engelska.

Jag vill veta hur stor en kvark är, (vilken volym den har alltså), vad den väger och om det finns olika typer av kvarkar?
/Christian G, Lidingö Folkhögskola, Stockholm

Svar:
Christian! Du ger dig inte, men det är bra ! Om du har problem med engelskan, så kanske det går bättre med norska - du missade nog att The Particle Adventure som jag länkade till i det förra svaret (fråga 12722) även finns i en norsk version. se länk 2 nedan.

Hur stora kvarkar är vet man inte, bara att de är mycket små. Göran Jarlskog som är professor här i Lund skriver i sin utmärkta artikel "En hel värld av nästan ingenting?" (länk 1) att "både elektronerna och kvarkarna har själva en helt försumbar storlek, säkerligen mycket mindre än den experimentella gränsen 10-18 meter."

Man tror att det finns 6 olika kvarkar, som man brukar kalla u (up), d (down), s (strange), c (charm), b (bottom) och t (top). De skiljer sig åt bl.a. genom sina vilomassor och elektriska laddning. Intressant är att kvarkarnas laddningar inte är heltal; så har t.ex u-kvarken laddningen +2e/3 (e är elementarladdningen). De absolut vanligaste kvarkarna är u och d; från dessa är protoner (uud) och neutroner (udd) uppbyggda.

Hur ligger det då till med kvarkars massa? Jarlskog skriver om protonen att de tre kvarkarnas (2 u och en d) sammanlagda vilomassa "bör vara mindre än 20 MeV/c2". (Inom partikelfysiken anger man ofta massa i enheten elektronvolt/c2, eller eV/c2. 1 MeV/c2 (M är prefixet mega) motsvarar då 1.8*10-30 kg.) Detta är mycket mindre än protonens vilomassa som är 938 MeV/c2. "Skillnaden är rörelseenergi som svarar för bindningen av kvarkarna genom utväxlandet av gluoner. Huvuddelen av protonmassan är alltså rörelse." Detsamma gäller för neutronen, som är något tyngre - ca 940 MeV/c2.

Bilden nedan är en kort sammanfattning av kvarkarnas egenskaper.

Fundera vidare: Neutronens vilomassa är större än protonens - vad säger det om vilken av u och d kvarkarna som är tyngst? Kvarkarnas laddningar är alltså fraktioner av enhetsladdningen e - är det unikt, eller känner vi till andra partiklar med samma egenskap?



/Margareta H/Peter E

Se även fråga 12722

Nyckelord: standardmodellen [22]; kvark [10];

1 http://www.hep.lu.se/staff/g.jarlskog//En_varld_av_nastan_ingenting.htm
2 http://www.fys.uio.no/epf/adventures/particleadventure_2.1/index.html

*

Partiklar [12722]

Fråga:
Kvarkar är ju den minsta beståndsdel som upptäckts. Hur mycket vet man om kvarkar? Är en kvark uppbyggd av någonting? Om inte? Vad består den av? Och vilken massa har en kvark? Vad väger en kvark och finns det olika typer av kvarkar beroende på olika former av atomer?
/Christian G, Lidingö Folkhögskola, Stockholm

Svar:
Christian! Jag hoppas att du var nöjd med svaret på din tidigare fråga om jordmassan, och ser med glädje att du nu vill tränga in på djupet av (kärn)materien!

Bra utgångspunkter för att finna svaren på dina frågor är dels att söka på "kvarkar" i vår frågelåda (använd dig gärna av den utmärkta sökfunktionen - se länk till "avancerad sökning" nedan), dels att utforska olika andra webbresurser som t.ex. The Particle Adventure (missa inte att titta på länken till "Particle Chart"), Hands on Cern och A New State of Matter (mest om kvark-gluon-plasma). Dessutom rekommenderar jag varmt Nationalencyklopedin .
/Margareta H

Nyckelord: standardmodellen [22]; kvark [10];

Avancerad sökning på 'kvarkar' i denna databas

*

Partiklar [9598]

Fråga:
Jag har läst lite om standardmodellen, som har intresserat mig, men jag undrar hur de har bestämt vilka partiklar som ska höra till familj 2 resp 3. Familj 1 är ju de partiklar som finns i alla våra atomer men de andra existerar bara i laboratorium som jag har förstått det.
/Marie H, Bromans gymnasium, Harmånger

Svar:
Det här är ett intressant problem. Man tycker kanske att familj 2 och 3 är helt onödiga och ointressanta. Faktum är att utan dessa familjer hade vi inte funnits till, ja universum hade varit helt tomt på vanlig materia.

Man har anlednig att tro att universum till en början var symmetriskt med avseende på materia och antimateria. Vid ett visst tillfälle uppstod en liten asymmetri, och där var familj 2 och 3 inblandade. Sedan förintades (annihilerades) det mesta, det återstår bara 0.0000000001, och det är vad vi består av.

Sedan till din egentliga fråga. Normalt sönderfaller en familj 3 partikel till en familj 2 partikel, som i sin tur söderfaller till en familj 1 partikel. Dessa sönderfall sker med svag växelverkan varför dessa partiklar lever mycket längre än om de hade kunnat sönderfalla med stark växelverkan.

Du kanske förstår att detta resonemang är något förenklat, men vi kan inte vara alltför invecklade här. Se vidare t.ex. Standardmodellen - bilden nedan på det tre familjerna av elementarpartiklar är från denna sajt.



/KS

Se även fråga 1543

Nyckelord: standardmodellen [22];

*

Universum-Solen-Planeterna [8357]

Fråga:
Vad är Strängteorier- M-teorin?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Vad är Strängteorier- M-teorin?
/Johanna T, Fyrisskolan, Uppsala

Svar:
Nu berör du saker som verkligen handlar om spetsforkning i teoretisk fysik. Strängteorier kom till för kvantisera gravitationen. Kvantmekanik och allmän relativitetsteori går nämligen inte ihop. Strängteorier arbetar i 10 dimensioner, 9 rumsdimensioner och en tidsdimension. När man 1995 studerade stark koppling i vissa strängteorier vek det ut sig ytterligare en rumsdimension, och den endimensionella strängen blev ett 2-dimensionellt membran i det 11-dimensionella tidsrummet. De 5 etablerade strängteorierna visade sig ha ett visst samband genom det 11-dimensionella tidsrummet. Vad som döljer sig där kallas M-teori. Man kan betrakta de 6 strängteorierna som olika 10-dimensionella projektioner av den 11-dimensionella M-teorin. Det arbetas intensivt på att klara ut vad M-teorin egentligen är. Det mesta är okänt, men många hoppas att här döljer sig svaret på många av universums gåtor. Det finns de som tror det blir möjligt att formulera en teori helt utan fria parametrar. Det skulle vara ett oerhört framsteg. Den så kallade "standardmodellen" har 19 fria parametrar, som alltså måste bestämmas experimentellt

Av de många rumsdimensionerna återstår av någon anledning bara 3. De övriga är inkrökta med sådan liten radie, att de inte märks.

Vill du fördjupa dig i detta kan vi rekommendera: Brian Greene: Ett utsökt universum. Det är en populärvetenskaplig bok, men den är skriven av en expert, och översatt till svenska av en expert (Hans-Uno Bengtsson).

Här är en trevlig websajt som bland annat behandlar strängteori: The Official String Theory Web Site .
/KS/lpe

Nyckelord: standardmodellen [22]; strängteori [7];

*

Partiklar [7548]

Fråga:

1) På vilket sätt ger Higgspartikeln uphov till det som vi uppfattar som massa?

2) Om man inte hittar partikeln, så säger man att hela Standardmodellen rasar, vad menar man med det?

3) Hur tror ni att man kommer se Higgs i den nya LHC:n (Large Hydrone Colider), som man håller på att bygga på CERN i Schweiz?

4) Vem uppfann Higgs??Jag antar att det var en man som hette Higgs??..eller?
/Danne F, Katedralskolan, Uppsala

Svar:

1. Sajt 1 försöker förklara det på enkel svenska. Sajt 2 är på engelska.

2. Då måste vi hitta något annan mekanism som genererar partikelmassor.

3. Higgspartikeln väntas mest sönderfalla till 2 b-kvarkar, som vardera vanligen sönderfaller till två strålar av hadroner (starkt växelverkande prtiklar). Man kommer leta efter kollisioner där det finns 4 hadronstrålar.

4. Peter Higgs är engelsman. Han var inte alldeles ensam om detta, så är det för det mesta.
/KS/lpe

Se även fråga 1375

Nyckelord: higgspartikeln [8]; standardmodellen [22];

1 http://courses.physics.kth.se/5A1310/elementar/symmetrier.html
2 http://atlas.web.cern.ch/Atlas/documentation/EDUC/physics9.html

*

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 [22]; färgkraften [8]; kvark [10]; gluoner [5];

*

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 6573 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2014-10-21 11:54:35.


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
.