De fundamentala partiklarna i Standardmodellen

För att observera andra partiklar än de som bygger upp oss och vår värld måste man först producera dem. Då gäller det att kollidera rätt "råvaror" med rätt energi i en partikelaccelerator. Om allt går bra så gör \(E = mc^2\) resten, det vill säga summan av rörelseenergi och viloenergi ger upphov till nya spännande partiklar och ny kunskap om materiens innersta byggstenar. Innan man observerade toppkvarken hade man observerat \(5\) andra kvarkar. Dels upp- och ned-kvarkarna som tillsammans bygger upp protonen (upp-upp-ned) och neutronen (ned-ned-upp), dels charm-, sär-, och botten-kvarkarna.

Alla partiklar som består av kvarkar kallas med ett gemensamt namn för hadroner. Protonen och neutronen som var och en består av tre kvarkar är alltså hadroner. Det finns totalt ca \(200\) hadroner, men de flesta omvandlas på mycket kort tid till andra partiklar och strålning.

Man tror att kvarkarna verkligen är fundamentala, det vill säga att de inte är sammansatta av ännu mindre partiklar. Hur små de är vet man inte, bara att de inte kan vara större än \(10^{-18} \text{ m}\). En speciell sak med kvarkarna är att de har laddningar som är bråkdelar av elementarladdningen \(e\) \( (e = 1{,}60 \cdot 10^{-19} \text{ C})\). Uppkvarken t.ex. har laddningen \(+ 2e/3\). Vilken laddning måste då ned-kvarken ha? Neutronen (upp-ned-ned) är ju neutral.

Består alla partiklar av kvarkar? Nej, elektronen tillhör en egen grupp av partiklar, de så kallade leptonerna som också anses som fundamentala. Hit hör också den så kallade elektronneutrinon, som bildas vid radioaktivt sönderfall.

Resultatet av år av forskarmöda sammanfattas i figur 12.12.

12.12 Vår moderna variant av det periodiska systemet för universums byggstenar. Materien består innerst inne av tre generationer av partiklar. Längst till vänster är den generation som bildar "vår" värld. Protonen består av kvarkarna u, u, och d och neutronen av u, d och d.

All materia som finns i "vår" värld är uppbyggd av upp-kvarkar, ned-kvarkar och elektroner som finns i den första generationen (vanlig materia). Partiklarna i de båda andra generationerna är likadana på alla sätt förutom att de är tyngre och därmed innehåller mer energi (exotisk materia). De ingår inte i våra vanliga atomer men man stöter på dem vid experiment som försöker visa hur universum såg ut i sin barndom då all energi var mycket mer koncentrerad.

Detta är vad materien är uppbyggd av. Nåja, det finns också en slags märkliga spegelpartiklar, de s.k. antipartiklarna. Alla partiklarna i figur 12.12 har sin egen antipartikel. De har samma massa som partiklarna men motsatt laddning. Vid CERN i Schweiz har man lyckats skapa antiväte och i Brookhaven, USA, kärnor av antihelium. Antiväte består av en antiproton som i sin tur består av två antiuppkvarkar och en antinedkvark. Antiprotonen är omgiven av en antielektron eller en så kallad positron.

Antiheliumkärnan består av två antiprotoner och två antineutroner. Antineutronen har samma massa som neutronen, är neutral och består av antikvarkar som tillsammans ger en del "motsatta" egenskaper mot neutronen.

När antimateria möter materia förintas bägge, så det är inte lätt att behålla anti-vätet tillräckligt länge för att se om det har samma egenskaper som väte, något som Standardmodellen förutsäger. Då kan man kanske föreställa sig stora objekt byggda av antiatomer, ja kanske till och med en anti-Kurt eller en anti-Lisa! Men, möter du dem, så ta dem absolut inte i handen! Smällen när ni alla förintades skulle motsvara hundra tusen atombomber! \(E = mc^2\) igen.

Mer om det här finner du genom att söka på antiväte, antipartiklar, antimatter.