Standardmodellen

De subatomar kvarker & leptoner der fælles betegnes som fermioner, udgør naturens grundlæggende byggesten, almindeligt stof består af. Almindeligt stof består derved udelukkende af kvarker og elektroner, hvor kvarker holdes sammen af gluoner, der sammen med de andre bosoner virker som kraftoverførende partikler. Forskellen på fermioner & bosoner er fermioner overholder Paulis udelukkelsesprincip. Under ekstrem lav temperatur opfører en samling af fermioner sig fundamentalt forskelligt fra en samling bosoner, der under ekstremt lav temperatur vil have tendens til at henfalde til samme kvantetilstand i takt med temperaturen sænkes som beskrevet i Bose-Einstein-kondensat.

Illustrativt diagram over de forskellige elementarpartikler i standardmodellen - Higgs-partiklen og gravitonen er udeladt

Standardmodellen er en grundlæggende kvantefeltteori som beskriver elektromagnetiske, svage og stærke vekselvirkninger såvel som de fundamentale partikler, som udgør stof -- leptoner, fotoner, W- og Z-bosoner, kvarker og gluoner. Standardmodellen beskriver ikke gravitationen.

Den danske højenergifysiker Holger Bech Nielsen har været med til at udbrede det folkelige kendskab til denne teori ved utallige foredrag rundt omkring i Danmark.

Standardmodellen har været et grundlæggende element i den forskning, som foregår i DESYs ringsystem.

Standardmodellen er en samlet teori inden for partikelfysikken, hvor man har samlet de grundlæggende partikler for universets eksistens. Denne er dog ikke komplet da man mangler 1 ud af de 4 vekselvirkninger, nemlig gravitationen. Udover denne er der: svag vekselvirkning, stærk vekselvirkning og elektromagnetisme. Standardmodellen er inddelt i 3 generationer efter de forskellige partiklers masse, hvor 1. generation er dem med den laveste masse og 3. generation med størst masse. Elektromagnetismen og den svage vekselvirkning var det første der blev opdaget, og det skete i 1963 af Sheldon Glashow og siden hen er det takket være mange personer at den stærke vekselvirkning ikke længere bare er teori.

Fermioner

Fermioner er en fælles betegnelse for quarker og leptoner, og denne har man fordi alt stof(kendt) er opbygget af quarker og leptoner, altså er alt kendt stof opbygget af fermioner, og de eneste partikler der behøves for at opbygge alt stabilt stof er 1. generations fermioner, men for at danne universet er 2. og 3. generations fermioner(de tungere) dog nødvendige at tage i brug.

Quarker

Hvis man zoomer ind på neutroner og protoner, så finder man ikke en forstørret neutron eller proton, men man finder quarker, og det er de partikler de består af. Quarken er navngivet af nobelpristageren Murray Gell-Mann som jeg vil vende tilbage til senere. Der findes 6 typer quarker som tidligere nævnt er inddelt i generationer efter masse. Søg evt. på google for at finde billede der kan illustrere dette.

Quarker kan sammensættes hadroner, enten som qqq eller som en quark og dens antiquark. Hadroner der består af 2 quarks, kaldes mesoner. Hadroner som består af 3 quarks kaldes baryoner. Protoner(u,u,d) og neutroner(d,d,u) består af 3 quarks og er derfor baryoner. Quarken er endnu ikke blevet observeret i fri tilstand, men alligevel er man ret sikker på dens eksistens.

Leptoner

En lepton kan i modsætning til quarken ikke sammensættes til andre partikler. Leptonerne er også inddelt i 3 generationer efter masse, som quarken. De tungere leptoner (myon og tau) henfalder meget hurtigt til leptonens neutrino(stabil), og så entet en lettere lepton og dens neutrino eller til en quark og dens antiquark. Dette bevirker så at vi aldrig ser de tungere leptoner i noget almindeligt stof her på jorden. 4 leptoner er stabile, selvfølgelig de 3 neutrinoer og så elektronen. I henfaldsproduktet har vi aldrig en neutrino, og en neutrino vekselvirker næsten aldrig med noget andet atom, og det skyldes at dens ladning er så utrolig lille, som det kan ses ovenfor, så de fleste neutrinoer passerer lige gennem jorden. Søg evt. på google for at finde billede der kan illustrere dette.

Antipartikler

Uddybende artikel: Antistof

Hver partikel, enten om det er en quark eller lepton, har en antipartikel, og denne vises med en streg over den pågældendes symbol. Denne antipartikel ser ud og opfører sig som sin partikel, forskellen er bare at den har modsat ladning. Fx har qaurken ”Up” en elektrisk ladning på +2/3 og ”antiuppen” har derfor en elektrisk ladning på -2/3.

Vekselvirkninger

I standardmodellen arbejder man med 3 typer forskellige kræfter. Elektromagnetisk ladning, svag vekselvirkning og stærk vekselvirkning, og så har vi gravitionen som endnu ikke er inddraget, men man arbejder stærkt på det. Vekselvirkning er egentlig bare en kraftoverførsel som sker mellem partiklerne. Bosoner er de partikler som kan bære kræften og derfor også overføre en bestemt mængde energi, som kun kan absorberes af en partikel som bliver påvirket af samme kræft. Derfor er det svært at få gravitionen med ind i standardmodellen, for man må vel gå ud fra at gravitionen påvirker alle partikler. Der er tale om 5 forskellige bosoner; γ(foton), W-, W+, Z0 og g(gluon). Man har forenet de første 4 til den elektrosvage kræft og gluonen tilhører derfor den stærke kræft

Den elektromagnetiske kraft

Uddybende artikel: Elektromagnetisme

Paul Dirac grundlagde i 1928 kvanteelektrodynamikken (QED), og ifølge denne teori var den elektromagnetiske vekselvirkning en udveksling af en foton(kraftbærende partikel). Fotonen har tegnet γ, og så vidt vi ved af har den ingen masse og bevæger sig med lysets hastighed som er 2,998*10^8 m/s. Hvis man ser helt basalt på tingene er den elektromagnetiske kræft egentlig bare det at + og – tiltrækker hinanden mens + og + og derfor også – og – frastøder hinanden.

Svag vekselvirkning

Uddybende artikel: Svag kernekraft

Ved den svage vekselvirkning har vi 3 bosoner; W-, W+, Z0. W-partiklerne er elektrisk ladede mens Z-partiklen er neutral. Klein var manden der forudsagde feltpartiklen i den svage kræft, W, i 1938 og senere hen i 1967 fremsatte Sheldon Glashow, Abdul Salam og Steven Weinberg en teori for den svage kræft, samtidig med de forudsagde massen for W-partiklen(82GeV), en ny partikel Z og massen for denne(92 GeV). I 1983 fandt man på CERN disse to partikler, og forudsigelserne var selvfølgelig korrekte. Ved den svage vekselvirkning er det de tunge quarker og leptoner der henfalder til de lettere. I henfaldsprocessen er der tale om β-henfald, hvor enten en proton bliver omdannet til en neutron, positron og neutrino, eller hvor en neutron omdannes til en proton, elektron og antineutrino, disse to kaldes β+ og β- henfald, og dette sker ved hjælp af W bosonet.

Stærk vekselvirkning

Uddybende artikel: Stærk kernekraft

Den stærke kræfts boson hedder en gluon, og dens funktion er at binde quarker sammen til hadroner, så når fx to protoner ville tiltrække hinanden ved at udveksle gluoner. Navnet vil jeg tro kommer fra dens funktion, hvor det på engelsk hedder ”to glue”, at lime, og det er lige præcis det den gør. Det limer ting sammen som fx neutroner og protoner, som så danner atomkernen. Tidligere var gluonen blevet kaldt pion. Det er specielt ved den stærke kræft er, at der er tale om en color-ladning hvor hver quark har en af de tre farver som ses på skemaet nedenunder, og når disse sammensættes skal de være color-neutrale, det sker enten ved at der er en af hver farve, eller at der er en quark og den tilsvarende antiquark. Søg evt. på google for at finde billede der kan illustrere dette.

Disse color-ladede quarker kan ikke findes enkeltvist, de forekommer kun som hadroner, og så selvfølgelig i kombinationer der er color-neutrale nemlig mesoner.

Gravitation

Uddybende artikel: Tyngdekraft

Gravitationen er selvfølgelig tyngdekraften, og denne kraft kan standardmodellen ikke forklare endnu, og dens boson er endnu ikke fundet, men forudsagt som en graviton. Dog har denne kræft ikke så stor indflydelse i partikelfysikken sammenlignet med de tre andre kræfter, så man kan godt lave forsøg med andre vekselvirkninger uden at tage hensyn til gravitationen. Der er dog sat mange kræfter ind for at finde svar om tyngdekræften, men der er endnu ikke fundet noget endnu.

Higgs-boson

Uddybende artikel: Higgs-partikel

Higgs-bosonen er den partikel, der tilsyneladende er blevet fundet vha. LHC i CERN. Higgs-bosonen er det der skulle give alle andre partikler en masse, og derfor vekselvirker den selvfølgelig med alle partikler. For at forklare denne proces vil jeg bruge et citat fra ”Mads Toudal Frandsen: "LHC, Higgs-partiklen og et stort hul Texas", Gamma nr. 148 s.32”, som jeg synes er rigtig godt. Jeg citerer: "Betragt Hr. Pitt som er flink til at jogge og derfor er ganske let (omend ikke helt masseløs). Imidlertid er Hr. Pitt også ganske berømt og har derfor mange fans. Hvis nu Hr. Pitt skulle nå fra den ene ende af Sunset Boulevard til den anden efter sin morgen-latte på Starbucks på en solrig søndag ville følgende ske. Hr. Pitt ville tiltrække så mange fans omkring sig at han ikke ville kunne bevæge sig hurtigere end en mere massiv person i ringe form. Hans fans ville klumpe omkring ham og de ville forsinke ham markant, dvs, gøre ham massiv og træg. Dette er Higgs-mekanismen frit efter David Millers beskrivelse."

Liste over standardmodellens fermioner

1. Generation
Fermion (venstrehåndet)	Symbol	Elektrisk- ladning	Spin	Weak hypercharge	Farve- ladning *	Masse **
Elektron	$e^{-}\,$	$-1\,$	$-1/2\,$	$-1\,$	${\mathbf {1}}\,$	511 keV
Positron	$e^{+}\,$	$+1\,$	$0\,$	$+2\,$	${\mathbf {1}}\,$	511 keV
Elektron neutrino	$\nu _{e}\,$	$0\,$	$+1/2\,$	$-1\,$	${\mathbf {1}}\,$	< 2 eV ****
Up-kvark	$u\,$	$+2/3\,$	$+1/2\,$	$+1/3\,$	${\mathbf {3}}\,$	~ 3 MeV ***
Up-antikvark	${\bar {u}}\,$	$-2/3\,$	$0\,$	$-4/3\,$	${\mathbf {\bar {3}}}\,$	~ 3 MeV ***
Down-kvark	$d\,$	$-1/3\,$	$-1/2\,$	$+1/3\,$	${\mathbf {3}}\,$	~ 6 MeV ***
Down-antikvark	${\bar {d}}\,$	$+1/3\,$	$0\,$	$+2/3\,$	${\mathbf {\bar {3}}}\,$	~ 6 MeV ***
2. Generation
Fermion (venstrehåndet)	Symbol	Elektrisk- ladning	Spin	Weak hypercharge	Farve- ladning *	Masse **
Myon	$\mu ^{-}\,$	$-1\,$	$-1/2\,$	$-1\,$	${\mathbf {1}}\,$	106 MeV
Antimyon	$\mu ^{+}\,$	$+1\,$	$0\,$	$+2\,$	${\mathbf {1}}\,$	106 MeV
Muon neutrino	$\nu _{\mu }\,$	$0\,$	$+1/2\,$	$-1\,$	${\mathbf {1}}\,$	< 2 eV ****
Charm kvark	$c\,$	$+2/3\,$	$+1/2\,$	$+1/3\,$	${\mathbf {3}}\,$	~ 1.337 GeV
Charm antikvark	${\bar {c}}\,$	$-2/3\,$	$0\,$	$-4/3\,$	${\mathbf {\bar {3}}}\,$	~ 1.3 GeV
Strange kvark	$s\,$	$-1/3\,$	$-1/2\,$	$+1/3\,$	${\mathbf {3}}\,$	~ 100 MeV
Strange antikvark	${\bar {s}}\,$	$+1/3\,$	$0\,$	$+2/3\,$	${\mathbf {\bar {3}}}\,$	~ 100 MeV
3. Generation
Fermion (venstrehåndet)	Symbol	Elektrisk- ladning	Spin	Weak hypercharge	Farve- ladning *	Masse **
Tauon	$\tau ^{-}\,$	$-1\,$	$-1/2\,$	$-1\,$	${\mathbf {1}}\,$	1.78 GeV
Antitauon	$\tau ^{+}\,$	$+1\,$	$0\,$	$+2\,$	${\mathbf {1}}\,$	1.78 GeV
Tauon neutrino	$\nu _{\tau }\,$	$0\,$	$+1/2\,$	$-1\,$	${\mathbf {1}}\,$	< 2 eV ****
Top-kvark	$t\,$	$+2/3\,$	$+1/2\,$	$+1/3\,$	${\mathbf {3}}\,$	171 GeV
Top-antikvark	${\bar {t}}\,$	$-2/3\,$	$0\,$	$-4/3\,$	${\mathbf {\bar {3}}}\,$	171 GeV
Bottom-kvark	$b\,$	$-1/3\,$	$-1/2\,$	$+1/3\,$	${\mathbf {3}}\,$	~ 4.2 GeV
Bottom-antikvark	${\bar {b}}\,$	$+1/3\,$	$0\,$	$+2/3\,$	${\mathbf {\bar {3}}}\,$	~ 4.2 GeV

Se også

• Elementarpartikel, subatomar partikel

Eksterne henvisninger

• Theory: The Standard Model
• 2005-02-17, Sciencedaily: New Measurement Undermines Physicists' Theories For Nature's Hidden 'Particle-force' Collaboration Citat: "...For some reason, which physicists are still puzzling over, the weak force only ever affects left-handed particles...The theories are really a last ditch effort to make do with the fundamentally flawed Standard Model of physics. If these theories keep getting disproved, we're going to have to go on to an entirely new model of the universe's workings..."

Spire Denne naturvidenskabsartikel er en spire som bør udbygges. Du er velkommen til at hjælpe Wikipedia ved at udvide den.