Partikelfysik

 Elektronens
skapelse

 

Det finns teoretiska och matematiska modeller för de semistabila partiklarnas sönderfall men ingen som utförligt förklarar vad som faktiskt äger rum där nere i mikrovärlden. Jag anser att det behövs en mer holistisk infallsvinkel och det är den som presenteras här.

 

Wobblande elektroner

Varför bildas semistabila (icke beständiga) partiklar över huvud taget? Svaret ligger i den vanliga elektronens dynamiska struktur. Elektronen (och antipartikeln positronen) består av lokala underskott respektive överskott i tomrummet (vakuum). Även tomrummet består av enheter och därigenom får en partikel som elektronen en viss elasticitet. Partikeln är med andra ord formbar och inte alls stel i sin struktur, en viktig detalj i sammanhanget.

Elektronen skapas tillsammans med sin antipartikel ur en energirik ljuspartikel (foton). Fotoner delar sig alltid vid en specifik energinivå där vågfunktionen inte längre kan hålla ihop. Men om energin är högre än så, eller om det sker kollisioner mellan partiklar kan elektronen själv komma i svängning, den börjar wobbla. Elektronen dras ut i rörelseriktningen så att den uppvisar likhet med en rugbyboll, därefter intar elektronen en droppform i rörelseriktningen.
 

I bilden till höger ser vi tre olika svängningsstadier hos elektronen. Om den tillgängliga energin är hög nog så kan elektronen komma att brytas sönder och delas upp. Detta är i själva verket utgångspunkten till att fler partiklar än elektronen själv kan existera över huvud taget.

Uppdelningen i kvarkar
 

Omkring accelererande partiklar bildas ett s.k. G-vågfält (stående gravitationsvågor) vilket symboliskt visas i bilden till höger. Den utdragna elektronen blir faktiskt en aning droppformad. Detta gör att uppdelningen av elektronen vid lägre energier sker som partiklar av olika storlek; elektronens form är assymetrisk och delningsprodukterna blir också därefter.

Här har den wobblande elektronen just delat upp sig i två kvarkar. Med sig, redan från stunden då elektronen skapades, finns två anti-neutriner, Ve. De tar position i två olika energiskal, i elektronens rörelseriktning.

X-kvarkens lilla s-symbol betecknar att kvarken har spinn. Fenomenet spinn är en slags virvelrörelse som ibland förekommer hos elementarpartiklar. Det som virvlar är fria enheter ur tomrummet som jag kallar noliter. Som vi kan se av bilden har y-kvarken inget spinn, detta faktum bidrar dock till att kvarkarna kan hålla samman. Men i vanliga fall måste två partiklar med samma laddning (vilket de båda kvarkarna har) genast stöta bort varandra.

Enbart spinnkopplingen räcker dock inte för att länka ihop kvarkarna, det behövs även en förenande neutrino som har motsatt materia i förhållande till kvarkarna. Elektronens själv har två omgivande elektronneutriner (Ve), men det finns även en annan slags neutrino; Myneutrinon (Vu). Den senare skapas i processen när elektroner själva splittras upp till kvarkar.

My-neutrinons tillblivelse

Den wobblande elektronen delar här upp sig i två kvarkar. Men ur delningsenergin uppstår även en ny partikel. Denna partikel är en neutrino men av en annan sort; en My-neutrino. My-neutrinon har svag laddning men ärver spinnet från Xs-kvarken, dess 'moder'.

En Xs-kvark, en y-kvark, två elektronneutriner och en My-neutrino utgör ett semistabilt system som bildar en laddad Pi-meson. Eftersom neutriner alltid har spinn kan vi nu summera ihop pi-mesonens totala spinn vilket ger summan 0. De semistabila partiklarnas spinn räknas i halvtal, motriktade spinn tar ut varandra. Partiklarna inordnar sig på linje, så laddningsjämvikt uppstår.


Den laddade Pi-mesonen
 

Nu ser vi slutprodukten av elektronens uppdelning. Eftersom Xs-kvarken har 2/3-delar av elektronens massa har den följaktligen 2/3-delar av elektronens laddning. Den mindre y-kvarken har 1/3-dels massa och laddning. De två neutrinerna som följde med från elektronens tid har av vetenskapen ansetts sakna laddning men de har trots allt en svag laddning som är av avgörande betydelse. Dessa neutriner är i själva verket förmedlarna av ”den elektrosvaga kraften”, som håller ihop de båda kvarkarna. Den lite större Vu-neutrinon har samma slags laddning som kvarkarna men dess potential är avsevärt mindre (bildens proportioner är förstås godtyckliga).

En lite speciell detalj är att partiklarna inom de semistabila partiklarna alltid befinner sig i en rät linje. De roterar runt en punkt som vi kan kalla den gemensamma laddningspunkten. En viktig faktor är förekomsten av ett antal energinivåer eller skal. Pi-mesonens inre partiklar fördelar sig på tre olika skal runt den tunga Xs-kvarken. Det får endast vara en partikel med spinn i ett och samma skal vid en given tidpunkt. Vi ser dock att y-kvarken gärna delar skal med en Ve-neutrino, y-kvarken saknar ju spinn och har dessutom motsatt materia mot Ve-neutrinon.
 

Myonens skapelse
 

Myoner uppkommer i regel när laddade pioner sönderfaller enligt reaktionen Pi → u + Vu. Det som sker vid pionens sönderfall (som egentligen är en fusion) är att Xs-kvarken och y-kvarken dras närmare varandra under den mellanliggande neutrinons inflytande. Trots den elektriska repulsionen mellan kvarkarna övervinner den svaga kraften kampen och det sker en sammansmältning av Xs och y till en elektron. Vid fusionen uppstår dessutom två elektronneutriner, Ve och anti-Ve. Neutrinon som är av motsatt materia jämfört med elektronen kvarstannar medan den andra lämnar systemet. Bilden till höger visar följaktligen en ”tung elektron”, dvs en Myon.

Den sammansatta elektronen

Även Myonen sönderfaller efter en kort tid. Det som sannolikt sker är att en attraherande svag kraft uppstår mellan elektronen och Vu- neutrinon som ju består av samma materia. Partikeln som förmedlar kraften är förstås Ve-neutrinon som befinner sig mellan dessa. Vid denna process så faller Ve-neutrinon in i det första skalet varvid Myonen som helhet blir instabil (två partiklar med spinn får inte befinna sig i samma skal). Ve-neutrinon återgår till skal två medan Vu-neutrinon och den yttre Ve-neutrinon skickas iväg. Vi får reaktionen u → e + anti-Ve + Vu.
 

Vi måste skilja på den kompletta elektronen och den nakna elektronen (ne). Den kompletta elektronen är sammansatt men likväl stabil. I bilden till höger ser vi den nakna elektronen i mitten omgiven av två neutriner av motsatt materia, var och en i ett eget skal. Elektronen omger sig alltid av sina två neutriner. Om en av dessa skulle slås ut eller förintas så bildas genast ett Ve- antiVe-par ur vakuum. Neutrinon som är av motsatt materia jämfört med elektronen behålls av systemet, den andra utsänds; elektronen sönderfaller därför aldrig.

Den laddade K-mesonen
 

Åter till den wobblande elektronen: Om energin är hög nog kan elektronen istället fragmenteras i tre stycken y-kvarkar. Just som i exemplet ovan så har y-kvarken massan och laddningen 1/3. Kvarken i rörelseriktningen tilldelas spinnet, de övriga saknar spinn. Som förut medföljer även två Ve-neutriner.

Ur delningsenergin uppstår även My-neutrinon Vu, skapad ur ys-kvarken.  Därmed har vi samlat de nödvändiga partiklarna inom det nya systemet som bildar den semistabila och laddade K-mesonen. I bilden ser vi att y-kvarken med spinn placerar sig i mitten. I det första skalet finner vi en y-kvark tillsammans med en Ve-neutrino, samma konstellation som i skal nr 2. Det tredje skalet innehåller endast en Vu-neutrino och som vi sett förut ställer sig samtliga inre partiklar alltid i en rät linje. Vi kan även räkna ut av de inre partiklarna att K-mesonens spinn är 0, emedan Vu-neutrinon har spinn 1/2.

K-mesonen kan sönderfalla på flera olika sätt beroende på vilka y-kvarkar som sammansmälter först och vilka neutriner som medverkar i reaktionen. Rent allmänt kan man säga att en fusion av partiklar där det sammanlagda spinntalet är jämnt ger ett tvåpartikelsönderfall. Är spinntalet däremot ojämnt inträffar ett trepartikelsönderfall. Jag går inte närmare in på förloppet som från den här punkten blir allt mer komplext och oberäkneligt.
 

Den neutrala K-mesonen

En av många sönderfallsprodukter när tyngre kärnpartiklar samverkar är den neutrala K-mesonen. Jag presenterar den mest av kuriosa eftersom den har vissa särpräglade egenskaper. Vi ser en Xs-kvark i mitten med laddningen minus 2/3. Den omges av två y-kvarkar av motsatt materia och laddning. Den ena y-kvarken har spinn och betecknas därför "ys". Två elektronneutriner, Ve och anti-Ve, tar också plats i var sitt skal. Ve-neutrinon har motsatt spinn gentemot ys-kvarken och placerar sig där. Anti-Ve-neutrinon är visserligen av samma materia som y-kvarken men emedan y-kvarken saknar spinn så kan de båda partiklarna tolerera varandra genom en s.k. "spinnkoppling".

Den neutrala K-mesonens Xs-kvark kan förhålla sig till ys-kvarken på två olika sätt. Alla partiklar i systemet befinner sig konstant i en rät linje men Xs-kvarken har även en egenrotation. Om därför Xs-kvarkens "spinnfält" står i opposition mot ys-kvarken så dras de mot varandra snabbare. Men om Xs-kvarken roterar åt andra hållet så blir spinnfältens friktionskraft mindre. Följden blir att de dras mot varandra mycket långsammare. Inom partikelfysiken talar man om två olika typer av neutrala K-mesoner; KS och KL, där S står för "short" och L för "lång". Den neutrala K-mesonens sönderfall är galet invecklad eftersom parametrarna är så många. Beroende på vilka partiklar inom systemet som möts först så sker ett visst utfall av sönderfallsprodukter. Om summan av spinnet i sönderfallet är jämnt bildas två nya partiklar, om summan däremot är ojämn bildas tre nya partiklar.

Kombinationernas mångfald

Möjligheten att kombinera olika slags kvarkar och neutriner skapar den mångfald av semistabila partiklar som forskarna också har uppmätt i sina detektorer. Med denna modell som grund så kan vi äntligen förstå på djupet vilka processer som verkligen äger rum. Vi har ännu bara skummat på ytan av de semistabila partiklarnas många hemligheter. Lägger man därtill systemet med kvarkar i olika skal så är jag övertygad om att förståelsen underlättas ytterligare.

Låt mig nämna att jag har en komplett modell som i detalj förklarar hur semistabila kärnpartiklar (hyperoner) är uppbyggda och fungerar. Men återigen, detta är en särpräglad kunskap, som i värsta fall skulle kunna fungera som det mest effektiva sömnpiller man kan tänka sig (urtråkigt vetande). Men det kan ju hända att det finns någon specialistguru där ute någonstans som tycker detta är viktigt, då kan det förstås vara värt besväret att grotta in sig på detta speciella ämne.
 

◄ Tillbaka