Vitenskap

Vakre og sjarmerende partikler

I dag tikket det inn en e-post fra CERN-eksperimentet LHCb i innboksen min. To nye partikler er bekreftet funnet! Partiklene i seg selv er nok ganske obskure for de fleste av oss, men verdien av å bekrefte at slike partikler finnes ligger i at de styrker teorien som forutsier dem, nemlig partikkelfysikkens standardmodell.

De rykende ferske partiklene har de spektakulære navnene Ξb‘- og Ξb*- (Ξ er den greske bokstaven «Xi»), og er nære slektninger av den tidligere kjente partikkelen Ξb0. Jeg skal ikke gå inn på forskjellen på dem her, men for de som er spesielt interesserte så ligger en foreløpig publikasjon her.

Disse partiklene tilhører partikkelfamilien baryoner, som er partikler som er satt sammen av tre kvarker. Det er den samme familien som de velkjente protonene og nøytronene tilhører. Protoner og nøytroner er bygget opp av de to letteste kvarkene, nemlig opp- og ned-kvarkene. Naturen har en preferanse for lave energitilstander, og protonet er den laveste energitilstanden for tre kvarker, og er den eneste av baryonene som er helt stabil.

Nøytronet derimot er bitte litt tyngre, og frie nøytroner dør derfor etter ca 15 minutter i gjennomsnitt. De henfaller da til et proton, et elektron og et nøytrino ved at en ned-kvark blir til en opp-kvark. Inne i atomkjerner er derimot nøytroner med på å stabilisere atomkjernen, og er derfor i en lavere total energitilstand når de forblir nøytroner. Heldigvis, ellers kunne ikke atomer eksistert mer enn noen få minutter.

Seks kvarker totalt

Men det finnes flere enn opp- og ned-kvarker i naturen. Totalt finnes seks forskjellige kvarker: opp, ned, sær, sjarm, bunn og topp – i stigende rekkefølge etter tyngde. Topp-kvarken er omtrent like tung som et helt wolfram-atom, litt lettere enn gull, og ca 75000 ganger tyngre enn en opp-kvark. Den er så ustabil at den dør før den får dannet et baryon, men bunn-kvarken er over 40 ganger lettere, og finnes i baryoner som kun lever et bittelite øyeblikk. De nye Xi-baryonene som er oppdaget består av en ned-kvark, en sær-kvark og en bunn-kvark.

Siden det finnes fem kvarker som kan være med på å danne baryoner, finnes det utrolig mange mulige kombinasjoner av disse. Det ligger en liste av disse på Wikipedia for de spesielt interesserte. En oversikt over alle kvarkene, sammen med resten av elementærpartiklene, finner du forøvrig nederst i artikkelen. Illustrasjonen er hentet fra Wikipedia.

Partikkeldyrehage

Baryoner tilhører en familie som heter hadroner, og lillesøsteren til baryonet er mesonet. Mesoner består av to kvarker, og det finnes en lang rekke av disse også. Oppdagelsen av mesonene frustrerte fysikerne på 50- og 60-tallet. Fysikeren Wolfgang Pauli uttalte at hadde han visst at det fantes så mange partikler, hadde han blitt botaniker istedet. Fysikere liker at ting er mer ryddig, kan du si.

Løsningen på floka med «partikkeldyrehagen» som det har blitt hetende (finnes faktisk i fluffy utgave!), var kvark-modellen – en modell som beskrev alle disse partiklene som en sammenstilling av bare seks kvarker og deres anti-partikler. Modellen ble foreslått av Murray Gell-Mann og George Zweig i 1964, og har vært en stor suksess. Symmetrien i denne modellen har forutsagt mange andre partikler, som vi stadig finner flere av.

På engelsk heter forøvrig bunn-kvarken enten «bottom» eller «beauty». Jeg er overbevist at hele vitsen med å gi kvarkene slike navn er at man kan lage underholdende titler som «First observation of two new baryonic strange beauty particles», som er tittelen på pressemeldingen til LHCb-eksperimentet. Er jeg heldig får jeg faktisk se detektoren til LHCb-eksperimentet neste uke når jeg er på et kurs på CERN.

Diagram som viser alle kvarkene: opp, ned, sjarm, sær, bunn og topp; alle leptonene: elektron, muon, tauon og deres respektive nøytrinoer; og de kraftbærende partiklene: fotoner, gluoner og Z og W.

Partikkelfysikkens standardmodell

Feature-bilde fra LHCb/CERN.

Previous post

Kjappiser: Global oppvarming, kjønn og skole, og planetdannelse rundt nye stjerner

Next post

Kjappiser: Barbie, Higgs, Märtha og Niels

Veronica

Veronica

Veronica is a PhD candidate in high energy physics at the University of Oslo, Norway. She loves science, and is a total science-fiction nerd. She's a queer feminist, a secular humanist, and of course a skeptic. She spends most of her free time working for one of the major LGBTQ+ organisations in Norway. She is the editor of the Norwegian Skepchick blog, but also writes for some of the other blogs in the network. She can be found on Twitter as @VeronicaInPink.

No Comment

Leave a reply