Svar:
1. Av protoner och neutroner.

2. Massdefekt (Binding_energyMass_defect) är hur mycket en atoms massa (vi använder neutrala atomer för att definiera massa) avviker från massan för de ingående protonerna, neutronerna och elektronerna. Massdefekten anges oftast i u (atommassenhet).

Bindningsenergi (Binding_energy)
är detsamma som massdefekt men anges normalt i MeV. Bindningsenergin är positiv för de flesta kärnor - man vinner energi genom att sätta samman dem från beståndsdelarna. Nedanstående figur visar bindningenergin per nukleon för stabila eller nästan stabila kärnor. Se fråga [18682] för ett mer utförligt resonemang om bindningsenergi.

Massexcess (Binding_energyMass_excess)
är skillnaden mellan en atoms massa i atommassenheter och
masstalet A (som ju är antalet protoner + antalet neutroner). Om vi t.ex. har en kärna med 20 protoner och 20 neutroner (masstal 40), och atomen väger 39.9 massenheter, så är massdefekten -0.1. Massdefekten har egentligen inte någon enhet eftersom den är skillnaden mellan atommassa i u och ett dimensionslöst tal. Eftersom masstalet A bevaras i en kärnreaktion är detta inget problem - man kan räkna ut reaktionens Q-värde från massexcessen.

3. För lätta kärnor bör antalet protoner och neutroner vara ungefär lika. För tyngre kärnor är ett överskott av neutroner mer gynnsamt p.g.a. att protonerna repellerar varandra.

Uppsättningen protoner/neutoner kan för instbila kärnor ändras spontant med radioaktivt sönderfall, se fråga [17148].

Man kan även ändra uppsättningen med kärnreaktioner. En kärnreaktion är en fysikalisk process där en atomkärna, genom att reagera med en annan partikel, genomgår en förändring och bildar en eller flera produkter.. Exempel på kärnreaktioner är

¹H + ⁵⁸Ni --> ⁵⁹Cu + gammastrålning

¹n + ¹⁴N --> ¹⁴C + ¹H

Observera att i kärnreaktioner bevaras det totala antalet protoner och neutroner. Se vidare Nuclear_reaction.

Du kan läsa mer om dessa saker här: The ABC's of Nuclear Science.

/Peter Ekström 1999-10-11

Svar:
Ett experiment som inte går att förklara med vågmodellen för ljus är den fotoelektriska effekten. Denna effekt innebär att man lyser på en metall och ut flyger elektroner.

Det gäller då att rött ljus (lång våglängd) kan aldrig "sparka ut" elektroner hur stor inensitet man än har på ljuset. Däremot kan även mycket låg intensitet av blått ljus (kort våglängd) få elektronerna att "flyga ut" i luften utanför metallen.

Låt oss jämföra detta med en företeelse i vår makroskopiska värld: Titta på båtarna som ligger i en hamn. Hur ska vågorna vara för att båtarna ska lyftas upp på land. (Detta svara i denna tankelek mot att elektronerna lämnar metallen.)

Det är väl rätt klart att det bästa sättet att lyfta upp båtarna på land är att ha en våg med lång våglängd och stor amplitud.

Fundera Varför fungerar inte vågor med mycket kort våglängd?

Det går helt enkelt inte att förklara den fotoelektriska effekten med en vågmodell för ljuset. Partikelmodellen, fotoner, däremot kan enkelt förklara fenomenet. Ljus består av en ström av partiklar. För att sparka ut elektronerna ur metallen måste en foton ha tillräckligt med energi. Fotoner i ljus med kort våglängd har hög energi medan fotonenergin i långvågigt ljus har liten energi.

Materiens struktur. Det enklaste och viktigaste är att den natur som vi ser här på jorden och i universum för övrigt består av ett fåtal byggstenar (partiklar). Den bild man bör ha är att det finns några få olika "legoklossar" som bygger upp allting.

/GO 1998-05-27

Svar:
Här kommer du in på mycket spännande och grundläggande frågor, svåra också.
Det du beskriver kallas Heisenbergs obestämbarhetsrelation, och den har
varit under diskussion med ungefär de resonemang som du tar upp. Alltså,
det är en sak vad vi kan mäta, och en annan om det finns en "exakt" verklighet bakom.

Slumpmässigheten i kvantmekaniken är faktiskt mycket mer fundamental.
Man har på senare år kommit underfund med, att alla delar av universum, i en viss mening, tycks stå i ögonblicklig kontakt med varandra. Den som kom på det hette John Bell.

Det där låter som rena nippran, inget kan ju gå fortare än ljuset!
Det
som inte kan transporteras snabbare än ljuset är energi och information.
Vissa fysiker tror, att vi här kan få en djupare förståelse för
slumpmässigheten i kvantmekaniken. Den tycks behövas för vi inte ska
kunna skicka information ögonblickligen. Om det skulle ha varit möjligt, skulle universum ha sett helt annorlunda ut. Det här går nog inte att förklara så att du förstår allt. Kanske ingen kan förstå det riktigt.

Det finns ett annat exempel på denna gåtfulla fjärrkontakt, som varit
känd långt före kvantmekanikens tillkomst: Machs princip. Det finns
ingen absolut rörelse, men det finns absolut rotation. Sitter vi i en
roterande ihålig kula och inte kan se ut, kan vi inte avgöra om den
rör sig,
men vi märker att kulan roterar. Vi känner av centrifugalkraften. Vi måste alltså på något vis stå i kontakt med något utanför.

I den engelska tidskriften New Scientist, 22 augusti 1998, finns en artikel,
som tar upp dessa svåra, men intressanta frågor. Den har just
titeln"Why God plays dice" eller, på svenska "Varför Gud kastar tärning" (se bilden nedan).

Tillägg 2/3/05 (Peter E):

Som Kaj säger är detta en mycket djup och svårförståelig aspekt av kvantmekaniken. Under länk 1 nedan finns länkar till Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) artikeln, Bells artikel och en beskriving av Aspects experiment. Bell's Theorem är en relativt svår artikel som emellertid innehåller en länk till en förenklad analogi (länk 2 nedan). En varning dock igen: det är inte enkelt!

Sammanfattningsvis kan man säga att Aspects experiment (och flera senare) till 100% bekräftar kvantmekaniken. Vi får acceptera slumpmässigheten och det tycks inte vara något problem med relativitetsteorin eftersom man inte kan få fotonerna i försöket att överföra någon information.

Se även EPR_paradox.

/KS/lpe 1998-11-06

Svar:
I vatten delar de två väteatomerna och syretomen på ett par elektroner. Det kallas kovalent bindning. En koksaltkristall består egentligen inte av molekyler utan av joner, positivt laddat natrium och negativt laddat klor. Det kan kallas jonbindning.

Löven bryts ner av mikroorganismer till huvudsakligen vatten och koldioxid.

Brandvarnaren innehåller den radioaktiva isotopen ²⁴¹Am (Americium-241), och där sker 370000 sönderfall per sekund (ett sönderfall per sekund = en bequerel, 1 Bq). Denna isotop strålar alfa, som inte ens går igenom ett papper.

¹⁴C (kol-14) skickar ut en elektron och en oladdad partikel som knappast märks. I praktiken omvandlas en neutron till en proton. Den nya kärnan är ¹⁴N (kväve-14). Den elektriska laddningen måste bevaras. Stämmer det?

Den ena kärnan behöver inte alls vara ¹³⁷Cs (cesium-137). I själva verket kan en hel uppsjö av olika kärnor bildas. ¹³⁷Cs bildas i några få procent av fissionerna. Anledningen till att det ämnet är besvärligt är att det är ganska långlivat, ungefär 30 år. Summan av masstalen för de bildade kärnorna och de frigjorda neutronerna måste vara 235. Vi kan inte förstöra kärnpartiklar.
/KS 1998-11-16

Svar:
Du menar nog excitationsenergi! Det du frågar efter är nog skillnaden mellan jonisationsenergin och den lägsta exciterade
nivån. För helium är den ungefär 5 eV. Frank-Hertz experiment
ger inga precisa värden, så du kan nöja dig med det. 
/KS 2000-04-06

Svar:
Här kan du läsa om Marie Curie på engelska: Marie Sklodowska Curie, Physicist.
/KS/lpe 2000-04-06

Svar:
Ja, man kan nog säga att man bestämt att vi kallar elektronens laddning negativ.

Frågor: Vad skulle ha hänt om elektronen och protonen hade haft lika laddning? Hade det varit möjligt?  
/KS 1998-10-26

Svar:
Ett moln består ju av vattendroppar (eller iskristaller), så frågan blir väl: Varför håller molekylerna i en vattendroppe ihop?

Vatten har en rad mycket speciella egenskaper, och många av dessa beror på att vattenmolekylen har ett mycket högt elektriskt dipolmoment. Ett krångligt ord som betyder att vattenmolekylen har en positiv och en negativ ände. Den negativa änden på en molekyl fastnar vid den positiva änden på den andra. Ungefär som med magneter med nord- och sydpol. Tänk dig att vi häller ihop en massa små magneter. De bildar då en klump. Vattendroppen!

Ett cumulusmoln (vackert väder moln) bildas av solvärmd, fuktig luft, som stiger till kallare lager, där vattenångan kondenseras till vattendroppar. Det är en sammanhängande luftmassa, och det gör att molnet ser ut nästan som ett berg.

Fråga: Varför kan man värma vatten, men inte olja, i en mikrovågsugn? 
/KS 1999-03-06

Svar:
a) Tänker du dig en gasnebulosa i rymden eller ett urladdningsrör, kan fotonen gå i vilken riktning som helst, lika chans i alla riktningar. b) Man kan inte tala om en fotons amplitud. Fotonen är ju partikelaspekten av ljuset. Amplitud har med vågrörelser att göra. I stället bör du fråga efter fotonens energi, som har med våglängden att göra. Energin är i högsta grad kvantitativ (energiprincipen).

Fråga: Vilket ljus har den högsta fotonenergin, rött eller blått? 
/KS  1998-10-29

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 1999-10-11