Hypotetisk partikkelkalender: 7. desember – Märtha og Ari

Hvilke partikler finnes i naturen? Vi vet om en hel del – men vi vet også at det må være flere igjen å finne. [Bilde: http://www.particlezoo.net]

Märtha og Ari – det neste paret kvarker?

Vi vet i dag omtrent hvilke partikler naturen består av. Samtidig er det mange mysterier igjen å forstå, og flere av dem antyder at det finnes enda flere partikler der ute enn de vi har oppdaget hittil. Men hvilke? Hva slags egenskaper må de ha, hvordan kan de lages, og ikke minst hvordan kan de eventuelt oppdages? I den stille adventstid gir kollokvium deg en hypotetisk partikkel hver dag, og ser fremover mot de store oppdagelsene fysikere kan håpe å gjøre i årene som kommer.

Hvor mange typer kvarker finnes det i naturen?

Atomkjerner er satt sammen av protoner og nøytroner, som igjen er satt sammen av oppkvarker og nedkvarker. Disse to kvarkene er begge ganske lette, og blir ofte nevnt sammen som ´første generasjon´av kvarker.

I tillegg til disse to vet vi om to par til. Andre generasjon består av sjarmkvarken og særkvarken, tredje generasjon består av toppkvarken og bunnkvarken. Opp, sjarm og topp ligner på hverandre – de har for eksempel samme elektriske ladning – men de blir gradvis tyngre oppover i generasjonene. Opp er så lett at vi har problemer med å måle massen dens, mens topp alene veier like mye som en diger atomkjerne. Samme typen slektsskap gjelder mellom ned, sær og bunn.

Kvarker? Vel, hvis vi alt har «sjarm» og «sær»…

Men hvorfor skal det være akkurat tre generasjoner av kvarker? Hvorfor ikke fire eller fler? Kunne vi ikke finne et sett til med kvarker, og kalle dem, for eksempel, Märtha og Ari?

En ting som taler for denne muligheten er nettopp det at kvarkene blir så mye tyngre for hver generasjon. En tung partikkel er vanskelig å oppdage. For det første kreves det mye energi for å skape den – vi må smelle sammen partikler så hardt at naturen får nok oomph til rådighet til å skape massen i både en kvark og en antikvark. For det andre er partikler generelt mer ustabile jo tyngre de er, ihvertfall hvis de har lettere partikler de kan forvandle seg til. Tenk på det som å få noe til å flyte bare på overflatehinnen til vann. Er tingen lett kan det gå en stund, men jo tyngre den blir jo lettere vil den bryte gjennom og synke ned igjen.

Toppkvarken, som er den tyngste vi vet om til nå, ble oppdaget av TeVatron i Chicago så sent som i 1994 til tross for at vi lenge hadde regnet med at den var der. Det var bare veldig eksperimentelt krevende å lage og så påvise den. I dag lager LHC store mengder toppkvarker, og de regnes til tider som støy for eksperimentene der…

Grunnen til at vi ikke har sett Märtha og Ari enda kan derfor rett og slett være at vi ikke har hatt gode nok maskiner.

Noe som derimot taler imot eksistensen av en fjerde generasjon kvarker er andre målinger som er gjort med veldig høy nøyaktighet. I moderne fysikk er vakuum – «tomt» rom – et rart sted. Partikler og antipartikler dukker opp og forsvinner hele tiden, og selv om Märtha og Ari skulle være veldig tunge så ville de vært med i denne kaotiske dansen av såkalte virtuelle partikler. Selv om vi ikke kan se de virtuelle partiklene, så kan vi måle effekten de har på andre partikler. Slike målinger er gjort – de kalles elektrosvake presisjonsmålinger – og de antyder at det bare finnes tre generasjoner. Går man det etter i sømmene finnes det en hel rekke med slike målinger som alle peker på tallet tre.

«Absence of evidence is not evidence of absence» sies det, men for Märtha og Ari finnes det altså litt av begge deler. Det er lite sannsynlig at vi finner en fjerde generasjon kvarker – men det hindrer oss jo ikke i å lete. Eksperimentene på LHC ved CERN har absolutt en mulig fjerde kvarkgenerasjon i mente når de analyserer bildene sine. Om de mot formodning skulle finne den får eventuelt hele det norske folk gå sammen og kreve at de nye partiklene får litt mer spennende navn enn «topp», «bunn», «opp» og «ned». Som Märtha og Ari, for eksempel…?

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s