Minsta partikel

Fråga: Vilken är den minsta partikel som finns och vad är den bra för?

Svar:
Om man tittar på atomens minsta byggstenar så finns där protoner och neutroner som är sammanhållna grupper av kvarkar och motsvarande antikvarkar i atomkärnan. Dessa kallas för elementarpartiklar och det innebär att de inte är uppbyggda av något annat.
Kvarkarna är uppdelade i tre familjer där familj ett är upp och ner kvarkar.

En annan grupp elementarpartiklar är leptoner som är elektronen ,myonen och tauonen. För varje av dessa elektriskt laddade partiklar finns en neutrino, vilken är oladdad och saknar massa. Man delar också upp dessa par i tre familjer.

Även leptoner har deras antipartiklar, positron osv. Dessa antipartiklar är som spegelbilder där omvänd laddning är det ända som skiljer de åt.

Man mäter massan av dessa partiklar i enheten Mev eftersom energi har ett samband med dess massa och rörelse. Enligt Einsteins speciella relativitetsteori är E=mc^2.

Standardmodellen för elementarpartiklar finns på att se här!

Eftersom neutrino är en elementarpartikel som saknar elektrisk laddning och näst intill saknar massa så är det kanske den minsta partikeln man idag känner till.

Neutriopartikeln är alltså en av byggstenarna i universum, den existerar fritt som en restprodukt av radioaktivt sönderfall. Istället för att säga mer om vad den är till för så kan jag nämna att dess neutrala egenskaper ger den låg växelverkan. Den interagerar därför dåligt med andra partiklar och rör sig därför väldig oförhindrat igenom all materia.

Big Bang Theory

Ett ämne som jag snabbt lärde mig att man kunde skriva hur mycket som helst om. Jag ska hålla mig någorlunda kortfattad, och till frågorna, den första lyder:

Vad finns det för stöd för Big Bang- teorin? Jag tänkte nämna tre olika observationer som givit stöd till Big Bang. Den första är handlar om rödförskjutning och Hubbles. Standardmodellen inom kosmologin ger en precis beskrivning av många observationer och experiment. Edwin Hubbles var en av de första att hitta ett stöd för Big Bang. Denna gick ut på en observation som talade för att mycket avlägsna galaxer avlägsnar sig från oss med en hastighet som är proportionell mot avståndet till oss. Hubbles lag: v=H0d. (v är galaxens hastighet, d är avståndet till galaxen och H0 är en konstant kallad Hubbles konstant.) Lagen säger att universum expanderar och alla galaxer hänger på expansionen. Många spektra från galaxer långt bort visar en förskjutning mot lägre våglängd, rödförskjutning, vilket kan användas för att bestämma galaxens avstånd. Enligt rödförskjutning rör sig galaxerna bort från oss. Hubbles upptäckte att rödförskjutningen av en galax ökar med avståndet från jorden, och där av kunde han dra slutsatsen ovan.

Att universum kan bevisas expandera, ger oss ett stöd för att det tidigare varit mindre. Vi kan se tillbaka till första början, då all materia var samlad i en punkt, och faktiskt mäta tiden för när detta inträffade genom att beräkna den tid det tagit för en galax att ta sig framsträckan d i Mpc. t = d/v och v kan vi få genom Hubbles lag: v=H0d. Detta ger: t = d / H0d = 1/ H0 (0 ska vara nedsänkt.)

Den tid galaxen varit på väg bort har därför ingen betydelse för var det nuvarande avståndet. Vilket ger informationen att alla galaxer var på ett och samma ställe vid en viss tidpunkt. Alltså, i samma punkt för ca 14 miljarder år sedan.

Den andra observationen ska inte ta upp för mycket av sidan, då jag helt enkelt inte greppat denna. Men den kallas i alla fall bakgrundsstrålning. Universums temperaturstrålning upptäcktes, som har ett spektrum som ligger omkring mikrovågors, och motsvarar en svart kropps strålning av temperaturen 2,726 K. Det var tydligen mycket intressant, då forskare innan dessa två amerikanare gjorde sitt framsteg, förutsagt en temperaturstrålning motsvarande den temperatur som nu råder i universum.

Ett tredje och sista stöd för Big Bang är förekomsten av lätta grundämnen i universum och fördelingen 25 % helium och 75 % väte.

Läs om Big Bang, sekund för sekund på wikipedia.

Den andra och tredje frågan löd, Vad fanns från början, bildades allt på en gång? Eftersom temperaturen var så pass hög, omkring 1,4·10^32 Kelvin, kunde inte atomer eller dess kärnor hålla ihop. Även protoner och neutroner var splittrade i de minsta beståndsdelarna- kvarkarna. Eftersom temperaturen sjönk kunde kvarkarna bilda protoner och neutroner, tre och tre. Efter en sekund hade temperaturen sjunkit och var nu 1010 K. Även leptoner skapades, som består av elektroner, neutriner och myoner. Fotoner orsakade en stark strålning på ungefär 1 MeV. Vi vet alltså att eftersom temperaturen sjönk kunde olika beståndsdelar slå sig samman och bilda större. Teorin kan delas in i nio faser, så svaret på frågan är alltså nej, allt bildades inte på en gång. Ur lättare grundämnen bildades succesivt tyngre grundämnen, så som kol och till och med järn. Det mest stabila ämnet.

Källor: Quanta Fysik B

http://sv.wikipedia.org/wiki/Big_Bang#Observationer_som_st.C3.B6djer_Big_Bang

http://sv.wikipedia.org/wiki/Nukleosynteshttp://www.rymdportalen.com/?page=astronomi/bigbang

Längst upp ser vi en "fin bild", från:

http://scienceblogs.com/startswithabang/upload/2010/01/i_am_not_afraid_to_believe_in/bigbang.jpg

Vad är en geigermätare?

Med Geiger Müllerröret, eller GM-röret, kan man mäta radioaktivitet. Mätaren registrerar den jonisation som strålningen skapar. Rörets ena ände är försett med ett tunt fönster, så tunt att även alfastrålning kan ta sig igenom, och därför även betastrålning. Gammastrålningen tar sig, med sin genomträngningsförmåga, igenom rörets metallväggar.

Geigermätaren har en enkel konstruktion. När laddade partiklar, eller gammafotoner tar sig in i röret joniserar dessa de atomer som finns i röret. Positivt laddade joner och fria elektroner bildas och de sistnämnda dras mot tråden i röret meddans de positiva jonerna förflyttas mot väggarna. Spänningen minskar i röret, och denna spänningsförändring bildar en elektrisk puls. Pulsen registreras av en räknare och varje puls utgör ett knäppljud ut ur en högtalare.

Med brist på intressanta bilder hänvisar jag till Quanta Fysik B, s. 203. Bjuder istället på en bild på en av skaparna av denna detektor.















Hans Geiger, bild tagen från wikipedia.



Källor: Quanta Fysik B
wikipedia.org

Fråga 2

Vad är ett svart hål? Vad händer där?

Här kommer lite kortfattad fakta om svarta hål:

Ett svarta hål kan uppstå i centrum av ett supernovautbrott (en supernova är en exploderande stjärna). Man kan tänka ett svart hål är som ett oändligt djupt hål i en gummiduk:

Det som händer vid ett svart hål är att gravitationen där är så hög att inte ens ljus klarar att ta sig där ifrån. Ingen materia kan lämna ett svart hål.

Eftersom inget ljus kan fara iväg från hålet så finns det inget att se. Man kan alltså inte se ett svart hål med blotta ögat.

Fråga 1

Vad är det största ting som finns i universum som består av materia?

Materia är allt som har massa. Om man bortser från all mörk materia så finns de mest väte i universum. Så som jag förstår frågan så är de största ting som finns i universum väte (om man bortser mörk materia). Där hela 75% som består av väte och resten är andra grundämnen som helium, kol, kväve, syre och järn.

Vad är en cerenkov ljus?

Cerenkov ljus tänds när en partikel färdas genom en materia snabbare än ljuset kan. Denna effekt är den optiska motsvarigheten till en sonic boom, som uppstår, till exempel när en jet färdas snabbare än ljudets hastighet.

När man tänker man- hur kan en partikel gå snabbare än ljuset utan att bryta mot fysikens lagar? Man tror att ingenting kan färdas snabbare.

Men ljuset saktar ner när den ex går genom vatten, glas och andra transparenta material, vissa fall saktar den ner med mer än 25 %. Där av en partikel kan slinka igenom materialet snabbare än ljuset gör.

När detta händer, avger en partikel blåaktigt Cerenkov ljus, som sprider ut bakom den i en ihålig kon som är format som en konen i en sonic boom. Detta ljus ger vattnet som omger en kärnreaktorhärd i karateritiska blå lyster

"I vatten, resor ljus ca 25% långsammare än det gör i ett vakuum och det är möjligt för en energisk partikel att färdas snabbare än ljuset. (Detta är inte möjligt i vakuum där ljuset är det snabbaste saker som finns!). När en partikel färdas snabbare än ljusets hastighet i vatten, ger det en chockvåg som är motsvarigheten till en sonic boom som görs av en stråle färdas snabbare än ljudets hastighet i luft. Detta stötvågen sker i form av blått ljus som kallas Cerenkov ljus, efter den ryske fysikern Pavel Cerenkov, vägg detektor."

Fysikfråga Nr. 2

Här kommer då också den andra frågan som jag fick.

Frågan:

Vad är en neutralino?

Det skulle visa sig vara en ganska klurig fråga och det visade sig var svårt att hitta mycket information om vad en neutralino är och ännu svårare att försöka förstå och förklara den. Men en neutralino är i alla fall en möjlig kandidat för mörk materia. Det är en supersymmetrisk partikel som är stabil och endast växelverkar svagt med annan materia, vilket som sagt gör den till en möjlig kandidat för mörk materia.

Men som kompensation för ett ganska torftigt svar och en aningen luddig beskrivning så lägger jag till frågan:

Vad är en neutrino?

Jo, en neutrino är en elementarpartikel (materiens minsta beståndsdelar) som tillhör familjen leptoner (en elementarpartikel som, tillsammans med kvarkar, är materiens minsta byggstenar) och saknar elektrisk laddning. 1931 förutspådde Wolfgang Pauli teoretiskt att neutrinon måste skapas från betasönderfall, för att kunna bevara energi och rörelsemängd. 1956 kunde denna teori påvisas experimentellt av de amerikanska fysikerna Martin L. Perl och Frederick Reines, vilket senare ledde till nobelpriset i fysik 1995. Själva namnet neutrino kommer från italienskan och betyder ungefär, liten neutral.

Hur bildas nya stjärnor?

Stjärnor är inte några objekt som lever för evigt utan många nya stjärnor bildas och många gamla dör.

Stjärnor föds i stora gasmoln som kallas nebulosor, det kan även vara rester av tidigare stjärnor som har exploderats. Nebulosor är damm och gaspartiklar mellan stjärnorna. Man skulle inte kunna tro att lite damm är så viktigt, men det är det. Inuti nebulosan bildas små gasklot som dras samman av gravitationen. Först är dessa kloten kalla, men de blir varmare ju mer de dras ihop. Till slut är kloten så varma så det uppstår kärnreaktioner inuti de och då föds en stjärna.

http://www.robotbyn.se/astrofysik/star_birth.php

http://www.linnaeus.uu.se/online/fysik/makrokosmos/stjarnbildning.html

Fysikfråga Nr. 1

Här kommer en av de två fysikfrågor som jag fått från fysik A gruppen!

Min andra fråga kommer lite senare!

Frågan:

Vilket kosmiskt fenomen, som ligger ”längst bort”, har Hubbleteleskopet lyckats fota? Hur långt bort ligger fenomenet?

Svar:

Det Hubbleteleskopet har lyckats fånga på bild som är det mest avlägsna är, med hjälp av Hubble Ultra Deep Field, den numera kända bilden av en stor hoper med galaxer flera miljarder ljusår bort, närmare bestämt runt 13 miljarder ljusår bort. Med hjälp av denna magnifika bild har även Hubbleteleskopet hjälpt till att synliggöra det som man tolkar vara de första galaxer som en gång bildades i universum.

Den yngsta och mest avlägsna galaxen som vi känner till kallas UDFy-38135539. Det var en grupp forskare vid Observatoire de Paris med forskaren Matt Lehnert i spetsen som upptäckte den med hjälp av en bild tagen med Hubble Deep Field. Själva galaxen i sig är ca 600 miljoner år, vilket är en väldigt ung galax, men frågan är om det är den galax som är längst bort? Det vet vi inte, men det är i vilket fall som helst den galax som vi för tillfället känner till som är längst bort.

(Bilden är tillåten för publicering.)

World Wide Telescope (WWT)

Fick syn på detta, helt underbara, dataprogram där du kan ta dig fram igenom hela rymden och även kolla in på specifika planeter och en massa mer! Du kan använda det som om att du kollade via ett teleskop ifrån Jorden! Rekommenderar det varmt!

Går att ladda ner HÄR!

(Programmet kräver att du använder Windows XP eller bättre!)

Lycka till!