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.

7 frågor/svar hittade

Partiklar [20591]

Fråga:
Om kvarkarna i en proton väger 12 MeV, hur kan protonen väga 938 MeV?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Kvarkarna som hålls ihop av gluoner påstås vara masslösa, hur kan de då komma sig att en proton väger 938 MeV medan men totala massan av kvarkarna den består av endast väger 12 MeV?
/Emil A, Rudbeck, Örebro

Svar:
Ja, det kan tyckas konstigt. Problemet är att protonen inte bara består av tre kvarkar. Den innehåller (se nedanstående figur från länk 1) även massor av gluoner. Gluonerna har färger, så de kan växelverka med varandra och bilda virtuella kvark-antikvark par. I figuren är de ensamma blå bollarna (markerade) de tre kvarkarna. Övriga bollar är kvark-antikvark par, och spiralerna är gluoner. I själva verket kommer huvuddelen av protonens massa från gluonerna och de virtuella kvark-antikvark paren.

Detta är liknande fenomentet i QED (se nedan) att vakuum har en energi som kommer från virtuella elektron-positron par, se fråga 11001 och Vacuum_energy .

Se även Proton#Quarks_and_the_mass_of_a_proton .

Kvantteorin för den elektromagnetiska växelverkan är QED och motsvarande teori för färgkraften (stark växelverkan) är QCD. Här är lite av vad Wikipedia säger om dessa:

QED
Kvantelektrodynamik (QED efter engelska Quantum electrodynamics) är en fysikalisk teori grundad på kvantfysik och elektrodynamik som kan sägas vara en tillämpning av kvantfältteori på elektromagnetiska fält.

Under 1940-talet hade Feynman, Schwinger och Tomonaga var för sig lyckats visa att elektromagnetismen kunde skrivas som en fullgod kvantteori. Problemet var att enligt den relativistiska kvantmekaniken kan partiklar skapas om man har tillräckligt med energi. Detta betyder att då man sprider en elektron mot en annan elektron kan man skapa t.ex. ett extra elektron-positronpar. Har man inte tillräckligt med energi kan man ändå skapa dem virtuellt, eftersom Heisenbergs osäkerhetsprincip säger att så länge detta par lever tillräcklig kort tid kan det skapas. Detta betyder att man måste behandla teorin som en mångpartikelteori, en kvantfältteori, där man kan skapa ett godtyckligt antal partiklar så länge detta inte strider mot osäkerhetsprincipen. (Kvantelektrodynamik )

QCD
Kvantkromodynamik eller QCD (från eng. quantum chromodynamics) är inom partikelfysiken den teoretiska beskrivningen av stark växelverkan. Den starka kraften binder samman kvarkar till protoner, neutroner och andra hadroner och den håller också samman atomkärnorna som dessa protoner och neutroner bygger upp. Kvantkromodynamiken är en kvantfältteori som på den fundamentala nivån beskriver hur kvarkar växelverkar genom att byta ut masslösa partiklar med spinn 1 som kallas gluoner. (Kvantkromodynamik )

Se även fråga 20647 .



/Peter E

Nyckelord: vakuum [7]; kvark [12]; gluoner [6];

1 http://cosmologyscience.com/cosblog/three-quarks-dont-add-up-to-one-proton-not-even-close/

*

Elektricitet-Magnetism [18673]

Fråga:
Om coulombkraften går som 1/r2 borde den gå mot oändligheten när avståndet r går mot noll
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Hej! Kraftverkan mellan laddade partiklar är proportionell mot 1/(r^2) och finns därmed hur långt som helst från en laddning. Men omvänt måste den, kraften, bli oerhört stor mellan två laddningar som är nära varandra,en proton och en elektron exempelvis. Men stämmer detta, en neutron klarar ju inte av att hålla ihop de två laddningarna ens inom samma nukleon/partikel! Den svaga kärnkraften/växelverkan är där starkare än Coulombkraften. Finns det således en begränsning på korta avstånd för Coulombs lag? Var går den gränsen?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Det är korrekt att man får problem vid små avstånd r för en laddad partikel som är punktformig, t.ex. en elektron eller en kvark. Man har löst detta genom vad som kallas vakuumpolarisation, se Vacuum_polarization .

Vakuumpolarisation innebär att de virtuella elektroner/positroner som finns i vakuum, se fråga 11001 , repelleras/attraheras av fältet från en elektron. Vakuum fungerar alltså som ett dielektrium som polariseras och därmed försvagar fältet. På så sätt blir man av med problemet att fältstyrkan nära en elektron går mot oändligheten.

Se fråga 3931 för information om den starka kärnkraften och asymptotisk frihet.
/Peter E

Nyckelord: vakuum [7];

*

Kraft-Rörelse [18343]

Fråga:
Hej! Härförleden stod det i tidningarna om att man ur intet skapat partiklar genom Casimireffekten (i Göteborg). Virtuella partiklar hade blivit reella, "skapats". Det låter som om energiprincipen satts ur spel, ur intet skapas något. Varifrån kommer denna nya massa/energi som skapats? (Rimligen blir det ett energetiskt minus på annat håll, eller kommer den verkligen ur ett intet?!)
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Thomas! Nej, energins bevarande gäller fortfarande! Man använder sig av ett trick. Man slår till de virtuella fotonerna med en "spegel" som rör sig med 25% av ljushastigheten. Ungefär som om man slår till en golfboll med en golfklubba. Artikeln i NyTeknik (länk 1) ger en elementär beskrivning av experimentet.
/Peter E

Nyckelord: vakuum [7];

1 http://www.nyteknik.se/nyheter/innovation/forskning_utveckling/article3345178.ece

*

Ljud-Ljus-Vågor [17682]

Fråga:
I vissa äventyrsfilmer kan man höra smällar från explosioner när det utkämpas rymdkrig. Varför är detta felaktigt?
/Veckans fråga

Ursprunglig fråga:
Min fråga är, i vissa äventyrsfilmer kan man höra smällar från vapen och explosioner när det utkämpas rymdkrig. När detta sker har filmskaparna gjort ett stort misstag. Förklara varför??

Önskar hjälp med ett svar och gärna någon sidhänvisning.
/Filippa W, Holavedskolan, Tranås

Svar:
Filippa! Därför att filmmakarna inte kan fysik . Du menar antagligen varför hörs inget? Ljudet transporteras genom tryckvariationer i luften. I rymdens vakuum (tomrum) finns inga molekyler, och följaktligen inga tryckvariationer. Nedanstående video visar detta tydligt.

Här finns dokumenterat att ljud kräver ett medium: Ljud#Fysiska_egenskaper
/Peter E

Nyckelord: vakuum [7];

*

Elektricitet-Magnetism [17140]

Fråga:
Hej! Om jag förstått det rätt så "kröks rymden" i närheten av tunga partiklar (t ex solar). Därmed kan gravitationen som kraft mellan partiklarna elimineras; "föremålen rör sig rätlinjigt, det är den räta linjen som är böjd". Finns motsvarande effekt utanför kraftigt laddade partiklar, dvs att rymden där skulle vara krökt p g a det starka fältet?
/Thomas Å, Arlandagymnasiet, Märsta

Svar:
Thomas! Nej, rymden kröks inte av elektriska fält! Den elektromagnetiska kraften är mycket skild från gravitationen. Den s.k. vakuumpolarisationen (Vacuum_polarization ) begränsar fältet hos t.ex. en elektron. Eftersom elektronen är punktformig skulle fältstyrkan nära elektronen gå mot oändligheten. Detta är något som fysiker inte tycker om.

Situationen räddas av att vakuum omkring elektronen (och föralldel även elektronfritt vakuum) innehåller virtuella elektron-positron par (se vakuum ). Nära elektronen polariseras dessa par, så att de försvagar fältet. Vakuumpolarisationen är väl etablerad experimentellt (Lamb_shift ) och teoretiskt (Quantum_electrodynamics ).
/Peter E

Nyckelord: vakuum [7];

*

Partiklar [11001]

Fråga:
I tidningar och tidskrifter ser man numera att vakuum kryllar av strålning och partiklar(?). Frågan blir då: vad menas med 'vakuum'? Kan det inte finnas ett tomt vakuum? är ett materietomt rum med fotoner i att betrakta som ett vakuum? Med gravitoner? Luras vi av brister i språket? Behöver vi nya ord för att karaktärisera olika typer av tomrum/vakuum ??
/Thomas Å, märstagymnasiet, Märsta

Svar:
Låt oss börja med vad vakuum är enligt Wikipedia (Vakuum ):

Vakuum är ett fysikaliskt uttryck för ett utrymme som inte innehåller någon materia alls. Perfekt vakuum är omöjligt att framställa men vakuum i vardaglig mening, ett kraftigt sänkt lufttryck, när trycket är mindre än en tusendel av lufttrycket, är användbart i många sammanhang, exempelvis i barometrar och katodstrålerör i TV-apparater. Ibland menar man även ett måttligt undertryck när man säger vakuum, till exempel talar man om vakuumslangar på bilmotorer och på engelska kallas dammsugare vacuum cleaner trots att varken bilmotorer eller dammsugare ens är i närheten av att åstadkomma vakuum i fysikalisk mening.

När man tittar närmare så visar det sig att vakuum är mycket mer komplicerat. Man kan enklast beskriva vad du frågar om med Heisenbergs obestämdhetsrelation, som säger att obestämdheten i tid gånger obestämdheten i energi är lika men Plancks konstant dividerad med 4 pi. Det kan formuleras som att bara vi gör det snabbt kan man låna upp energi för att hitta på nästan vad som helst.

Vakuum är inte bara tomrum utan innehåller virtuella (ej direkt observerbara) partiklar/antipartiklar, till exempel virtuella elektron-positron par. Detta kallas vakuumfluktuationer. Dessa påverkar, genom en process som kallas vakuumpolarisation, hur elektriskt laddade partiklar uppför sig, se fråga 18673 .

En neutron sönderfaller med betasönderfall till en proton. I det sönderfallet frigörs 0.8 energienheter, men för att genomföra processen behövs 80000 energienheter. Det är svårt, men det går att fixa. Allt måste betalas tillbaka.

Alltså, ju kortare tidsskala vi betraktar vakuum med, desto våldsammare fluktuerar det. Läs gärna Ett utsökt universum av Brian Greene. Där diskuteras detta utförligt och där finns bra bilder. Se också Vacuum#Quantum_mechanics .

Nej, vakuum är vakuum även med kvantfluktuationer (se signifikansen av dessa i fråga 11987 ). Vakuum har alltså t.ex. ingen temperatur eftersom temperatur är rörelse hos reella partiklar.
/KS/lpe

Se även fråga 11987

Nyckelord: vakuum [7]; Heisenbergs obestämdhetsrelation [11];

*

Partiklar [10033]

Fråga:
Enligt osäkerhetsprincipen kan det uppstå kvantfluktuationer i vakuum, vilket kan leda till bildandet av t ex ett elektron/positron-par. De bildas genom att "låna" energi, för att sedan returnera den igenom genom att annihileras nästan direkt igen.

Hur förklarar man att annihileringen av partiklarna som skapas genom kvantfluktuation inte resulterar i emission av 2 fotoner, som vid annihilation i vanliga fall ? .. Jag har inte lyckats bekräfta att det _inte_ gör det, men som jag ser det skulle det strida mot energilagarna... det skulle alltså då bokstavligen uppstå energi ur intet.

Har jag missat något eller ?
/Martin S, jobbar, Malmö

Svar:
Du har fattat allt rätt. Sluttillståndet måste bevara energi och rörelsemängd. Från början var energin 0, i sluttillståndet är energin också 0. Det finns helt enkelt ingen energi över att bilda fotoner med.

Betydelsen av fenomenet är att under den korta tid partiklarna existerar (man kallar dem virtuella partiklar), hinner de påverka egenskaperna hos vakuum.
/KS

Se även fråga 9897 och fråga 9744

Nyckelord: annihilation [14]; parbildning [7]; vakuum [7];

*

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 7203 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-11-19 11:33:22.


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
.