Elementärt om elementarpartiklar

Vi vet definitivt inte allt om universums fysik, men följande grundfakta kan vara något att lära in för amatörer som mig.

Förutom vakuum, dess metrik och dess spökpartiklar, består universum av elementarpartiklar, vilka kännetecknas av kvanttal som "spinn", paritet, laddning, baryontal och "underlighet" som bara kan anta ett begränsat antal värden såsom -2, -1, 0, 1 och 2 (laddning). Två sorters elementarpartiklar finns, nämligen fermioner, med spin som är ett ickeheltal (halvtal, t.ex. -½, ½ eller 1½), och bosoner med spin som är heltal (t.ex. 0 eller 1). Om en grupp av fermioner befinner sig på exakt en och samma plats, så skiljer de sig i ett eller flera av kvanttalen; eftersom det bara finns ett begränsat antal kvanttal, kan man inte pressa in hur många fermioner som helst på en position. Fermionerna "motstår kollaps" och måste alltså fylla ut ett större utrymme om de är många – fermioner utgör "universums materia". Bosoner kan man emellertid pressa in på en och samma position i ett hur stort antal som helst. Bosonerna utgör i realiteten "universums fält", de "utövar krafter" och överför energi. När två materiella föremål utövar magnetisk kraft på varandra, så överför de i själva verket elektromagnetisk strålning (samma typ som "ljus") mellan varandra så att de attraherar eller repellerar varandra.

Av fermioner är protoner, neutroner och elektroner de som bygger upp materien. Alla protoner och neutroner är uppbyggda av tre kvarkar vardera. Existensen av dessa var först en hypotes, men är nuförtiden bevisad i fysikaliska försök. En trippel av kvarkar är så egendomligt funtad att om man försöker ta bort en av kvarkarna från en trippel, så blir kraften starkare och starkare. Det slutar med att all den energi som krävs för att separera kvarkarna genererar ytterligare kvarkar så att dessa antingen finns i par (mesoner) eller i tripler (hadroner). Kvarkar tycks inte existera ensamma, under kända fysikaliska förhållanden.

Elektroner är enkla odelbara partiklar med laddning -1.

Protoner och neutroner bildar sedan samlingar som utgör atomkärnor. Protoner har laddning +1, så för varje proton som ingår i atomkärnan läggs laddningen +1 till denna. Plusladdningar (som för protonen) attraherar minusladdningar (som för elektronen). Runt atomkärnorna ansamlas det alltså lika många elektroner som det finns protoner i kärnan. Detta utgör atomerna. Förutom laddning 0 finns andra fysikaliska kvanttal som atomerna strävar efter att utjämna, och detta sker genom att atomerna binder fast vid varandra i kemiska bindningar. Då nu atomerna i naturen finns av litet mer än 80 atomslag – grundämnen – och dessa kan binda ihop med 2 eller fler medlemmar, så finns de myriader av olika kemiska föreningar. Alla synliga föremål, all materia, vi människor själva, allting består av materia bestående av atomer och molekyler. Allt liv är baserat på molekyler av långa kedjor av kol (med 6 protoner, 6 elektroner och 6 eller 7 neutroner), och till dessa, och mellan dessa kolatomer, finns det atomer av andra grundämnen, främst väte, syre, kväve, fosfor och svavel. Detta är det materiella universum.