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 &124; 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 2000-04-07

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 2001-02-20

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 2001-04-27

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 2002-02-15

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.

2005-02-13

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



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 2007-02-19

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_NighOrigin_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 2008-09-10

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 d_antid_antiu_anti (laddning +1/3,+1/3,-2/3).

Se vidare "over the top" artikeln länk 1 och den mer sansade pressreleasen länk 2.
/Peter E 2010-11-18

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.

Standardmodellen kom inte till genom att en person hade en bra idé. Den kom till genom att man under 50-60-talen med hjälp av allt större acceleratorer upptäckte fler och fler partiklar. Till sist blev det en förfärlig röra med partiklar. Då upptäckte några fysiker ett mönster i partiklarnas egenskaper genom att klassificera partiklarna med avseende på olika egenskaper. Man kunde då se att vissa platser i schemat var tomma. Då fick man en antydan till vad man skulle leta efter. Nu har man hittat alla partiklar i det ursprungliga schemat. Om det finns fler partiklar än de som omfattas av standardmodellen vet man inte.

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.

Här är en kul föreläsning om hur atomer och kvarkar är uppbyggda:



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 forskning 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.

/fa

/Peter E 2012-11-26

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 (QuarkMass).

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 2013-10-10