Kraftpartiklar

I Standardmodellen förmedlas alla krafter av partiklar. Ett annat ord som fysiker använder här är växelverkan. I fortsättningen kommer vi att använda växelverkan eller kraft om samma fenomen. Växelverkan används ofta när vi vill poängtera att det är tal om en fundamental kraft. När två partiklar, t.ex. två elektroner, växelverkar så sker det alltså genom utväxlande av kraftpartiklar.

Varje typ av växelverkan har sin egen kraftpartikel. Det finns fyra olika:

• Elektromagnetisk växelverkan förmedlas genom utväxlande av fotoner. Fotonerna är de elektromagnetiska vågornas, t.ex. ljus, partikel sida.
• Den gravitationella växelverkan eller kortare gravitationen förmedlas av gravitoner.
• Kraften mellan kvarkarna, den starka växelverkan, förmedlas av så kallade limpartiklar (glue) eller gluoner. Det är "läckage" av stark kraft som gör att protonerna och neutronerna i atomkärnan hänger samman. Det är ungefär som "läckaget" av elektrisk kraft mellan olika molekyler, som gör att molekylerna hänger samman, t.ex. i vatten.
• Dessutom finns det en fjärde, den så kallade svaga växelverkan. Den förmedlas av vektorbosonerna \(W^+\), \(W^-\) och \(Z^0\). Den svaga kraften ligger bakom radioaktivitet och är av stor betydelse för solens energiproduktion.

De två första krafterna har oändlig räckvidd, men de elektriska neutraliseras i stort sett genom att det finns olika laddningar. Massa har bara en typ av "laddning" som alltid är attraktiv. Trots att gravitationen är den i särklass svagaste växelverkan är det ändå den som bestämmer i astronomisk skala. Alla kraftpartiklarna utom gravitonen har detekterats.

När Albert Einstein presenterade sin allmänna gravitationsteori 1915 beskrev han något som kallas gravitationsvågor. Dessa gravitationsvågor skapas när en massa ändrar sin hastighet. Vågorna sprids med ljusets hastighet och fyller hela universum. Men trots detta så är vågorna väldigt svåra att upptäcka eftersom signalerna är otroligt svaga. Det skulle dröja hundra år innan några forskare lyckades upptäcka gravitationsvågorna och 2017 ledde denna upptäckt till nobelpriset i fysik.

Både stark och svag växelverkan har mycket kort räckvidd. Den starka kraften verkar bara mellan kärnpartiklar som är bredvid varandra som klister mellan kulor.

Tabell 12.13 visar de fyra grundläggande krafternas egenskaper och hur de förmedlas av kraftpartiklar.

12.13 De fyra fundamentala krafterna med sina kraftpartiklar. Du kan också se vilka partiklar som påverkas av respektive kraft. Den elektromagnetiska kraften mellan de två kvarkarna är alltså \(10^{41}\) gånger starkare än gravitationskraften mellan dem!