Partikelfysik

 Elementarpartiklar


 

Inom partikelfysiken talar man ibland om hyperoner, vilket är partiklar med en massa större än protonens. Dessa sönderfaller efter kort tid till lättare partiklar. Den här artikeln ger en alternativ, och enklare, förklaringsmodell till den här svåråtkomliga världen.

 

Hyperonens basstruktur
 

Hyperonerna utgår alltid från protonen i sin struktur. Överst till höger ser vi protonen med samtliga sina beståndsdelar. Men för att spara plats i den här presentationen kommer vi att använda den mindre illustrationen i bilden under. Den visar protonens kvark (Z) som har laddningen +4/3, i bilden med röd färg. Under Z-kvarken, i ett separat energiskal, kan vi se en y-kvark med laddningen -1/3, färgad grön. I samma skal finner vi även en anti-neutrino, färgad röd. Protonen som helhet har spinnförhållandet 1/2 så det utgår vi ifrån när vi senare visar hyperonernas komplicerade skalstrukturer. I den klassiska fysiken sägs hyperoner vara uppbyggda av abstrakta kombinationer av vissa baskvarkar. Här skall vi istället visa en mycket konkret modell som utgår från tillägg av partiklar inom ett antal energiskal, utanför protonen: Grundregler:   Det får endast finnas två partiklar i samma skal, dessa partiklar ligger alltid i linje med varandra. Partiklar i samma skal får inte ha spinn med "identisk riktning" (såvida de inte består av motsatt materia). Partiklar som gränsar till varandra måste dessutom uppvisa någon form av attraherande kraft.

Elektrisk koppling och spinnkoppling
 

Det finns, på den här nivån, några olika sätt för partiklar att attrahera varandra. Det man tänker på först är kanske den elektriska kraften, verksam mellan exempelvis protonen och elektronen. Sen finns det en s.k. "elektrosvag kraft", vilken i den här modellen förmedlas av neutrier. Vilken typ av materia det är, speglar även laddningen. Per definition anses positiv materia vara lika med positiv laddning, negativ materia innebär således negativ laddning. För att en neutrino skall kunna dra samman två partiklar av samma sort så måste den således ha motsatt materia och laddning.

Men även partiklars 'spinn' har betydelse vad gäller attraktion. Spinn är, enligt den här modellen, en slags virvelrörelse av tomrummets enheter. Enskilda partiklar ärver denna rörelse från ljusets rörelse i vakuum. Partiklar kan även sakna spinn, neutriner har dock alltid spinn. Regeln är som följer: Partiklar med samma materia och samma spinnriktning attraherar varandra. Samma partiklar som har motsatt spinn repellerar varandra. Partiklar med olika materia/laddning attraherar varann om spinnet är motriktat. Antimateria är i själva verket en lokal frånvaro av tomrummets enheter.

Introduktion

Den teoretiska struktur som presenteras här behöver inte med nödvändighet stämma exakt med verkligheten. Modellen bör istället ses som en konstruktiv teori, som senare kan komma att revideras. Inbördes storlek och avståndsförhållanden mellan partiklar stämmer givetvis inte. Om verkliga proportioner användes skulle presentationen helt enkelt inte gå att överblicka. Innan läsaren ger sig i kast med hyperonstrukturerna kan det vara bra att ha en fundamental förståelse av de vanligaste semistabila partiklarna, deras skapelse och sönderfall. Läs mer här!

Lambda-hyperonen Λ ͦ

I bilden till höger utgör alltså det innersta skalet protonens yttre energinivå med en y-kvark och en anti-neutrino. Lambda kan till exempel bildas när en negativ pion π- reagerar med en proton. Till höger ser vi hur pionen har delat upp sina beståndsdelar i tre olika energiskal. Y-kvarken i skal två binder elektrosvagt till anti-neutrinon i skal ett. En anti-neutrino i skal två kopplar sig även elektrosvagt med Xs-kvarken i skal tre. En anti-neutrino i skal tre håller ihop y-kvarken med Vu-neutrinon längst ut i skal fyra. Lambda sönderfaller vanligtvis genom att sända ut en pion π-. Det som troligen sker är att den perfekta linjen av partiklar kommer i svängning och bryts ner. Xs-kvarken och neutrinon nertill förskjuts då längs energiskalen upp till y-kvarken och neutrinerna i toppen. En annan produkt är att Xs- och y-kvarken smälter ihop till en elektron. Ur fusionsenergin skapas ett y- anti-y-par som sänds iväg som en neutral pion.

Sigma-hyperonen Σ+
 

Sigma Σ+ kan bildas i reaktionen Kˉ+p → Σ+ (+) π-. Det som troligen sker är att kaonen Kˉslås ihop till en pion π- som genast utsänds. Ur fusionsenergin skapas en neutral pion där y-kvarkarna med spinn placerar sig i skal två. I det tredje skalet hamnar pionens neutrino och anti-neutrino. Man skulle kunna se Sigma Σ+ som en tung proton som har bevarat laddningen +1 samt sitt spinnvärde 1/2. Sigma Σ+ sönderfaller oftast i en proton och en neutral pion π ͦ. Det andra scenariot är att ys- och anti-ys-kvarken dras samman och förintar varandra. Ur energin uppstår ett pion-par, π- och π+. Men den negativa pionen utvecklas aldrig fullt till en pion utan kvarstår som en elektron. Slutresultatet blir en neutron som utsänder en positiv pion. Redan på det här stadiet börjar sönderfallsprodukterna bli komplicerade.

Sigma-hyperonen Σˉ
 

Det är inte känt vilken reaktion som skapar Sigma Σˉmen sannolikt rör det sig om processen Kˉ+p → Σˉ (+) π+. Den inkommande Kˉ-mesonen smälter samman till en elektron. Ur fusionsenergin uppstår ett pionpar, π- och π+. Den negativa pionen stannar kvar i systemet medan den positiva pionen utsänds. Vi ser att elektronen intar position i skal nr. två. Den negativa pionen sprider ut sig lite mer i systemet. Sigma Σˉhar endast en möjlighet att sönderfalla och det är genom att utsända en negativ pion π-. Det som blir kvar då är de innersta två skalen. I skal två ser vi elektronen med sin anti-neutrino. Detta är i själva verket neutronens struktur och sönderfallet skrivs alltså som: Σˉ→ n ͦ + π-. Neutronen är relativt stabil och sönderfaller endast efter ca. 10 minuter i fritt tillstånd.

Sigma-hyperonen Σ ͦ
 

Sigma Σ ͦ bildas ur Sigma Σˉdå denne förlorat sin elektron till en proton genom en s.k. laddningsutbytesreaktion. Om man tittar efter noga ser man att skal två endast har en y-kvark närvarande, resterande plats är tom. Detta är endast tillfälligt för den vakanta platsen fylls nästan omedelbart. Det sker genom att anti-neutrinon och Xs-kvarken, nertill i bilden, hoppar in till skal två och tre. Därigenom har Sigma Σ ͦ  sönderfallit på det enda sätt den kan, nämligen genom att sända ut en foton, en ljuspartikel. Fotonens energi motsvarar energiskillnaden mellan skal två och skal tre/fyra. Antineutrinons energi är försumbar, energin kommer huvudsakligen från Xs-kvarken och dess hopp ner till skal tre. Förekomsten av en ensam foton som sönderfallsprodukt är en god indikation på att skalmodellen för hyperonerna är korrekt. Reaktionen skrivs: Σ ͦ → Λ ͦ  + ɣ

Ksi-hyperonen Ξ ͦ
 

Den neutrala ksi-hyperonen Ξ ͦ  kan bildas i reaktionen: Kˉ+ p → Ξ ͦ + K ͦ. Den negativa kaonens beståndsdelar har helt enkelt tagit plats på olika skalnivåer. Ys-kvarken i skal tre ligger farligt nära y-kvarken i skal fyra. Då de är av samma laddning stöter de normalt sett bort varandra men spinnkopplingen som sker mellan Ys och den spinnfria y gör att de fördrager varandra. Den neutrala K-mesonen som utsändes skapades genom kollisionen, det var ingen partikelreaktion som ägde rum. Sönderfallet av Ξ ͦ  sker genom att y-kvarken i det fjärde skalet hoppar till det tredje. En sammanslagning sker då av ys och y, vilket resulterar i en Xs-kvark. Ur fusionsenergin skapas en neutral pion som genast utsänds. Produkten av sönderfallet blir en Lambda Λ ͦ och en pion π ͦ . Något alternativt sönderfall av ksi-hyperonen Ξ ͦ  är inte känt. Vi ser här hur otroligt stark spinnkopplingen kan vara.

Ksi-hyperonen Ξˉ
 

Ksi Ξˉ bildas i reaktionen Kˉ+ p → Ξˉ + K+. Det som troligen sker är att Kˉ går ihop till en pion π- i själva kollisionen. Ur den energi som skapas av fusionen uppstår ett pionpar, π- och π+. En pion utsänds medan de övriga två tar sin plats i skalen två till sex. Ξˉ- hyperonen är enorm men är ändå inte så mycket tyngre än enklare hyperoner. Sönderfallet inleds troligen med att partiklarnas strikta linje kommer i obalans. Den ena ändens partiklar blir förskjutna mot den andra änden längs skallinjerna. Som en följd kommer Xs-kvarkarna att repellera varandra och en pion π- utsänds. Partiklarna som är kvar omfördelar sig till en Lambda. Reaktionen skrivs: Ξˉ → Λ ͦ  + π-. Forskarna har talat om "supersträngar", är det detta som man avser?

Omega-hyperonen

Omega Ωˉ kan bildas i reaktionen Kˉ+ p → Ωˉ + K+ K ͦ . Omegahyperonen har hela sju skal i sin struktur. Enkelt uttryckt kan man säga att Omega hyser en negativ kaon samt en negativ pion fördelat i de olika skalen. Omega är ingalunda den sista av hyperonerna men den sista vi kommer att beskriva i detalj. Teoretiskt kan man konstruera partikellinjer (strängar) som är nästan hur långa som helst, skapade ur allt mer våldsamma energier, men någonstans får man dra gränsen.

Omegahyperonens vanligaste sönderfall är (troligen) att partikelsträngen havererar, varvid en negativ pion π- bryts loss och en neutral Ksi-hyperon Ξ ͦ  kvarstår. Det andra naturliga sättet att sönderfalla borde rimligtvis vara att en negativ K-meson utsänds varvid en negativ pion kvarstannar och bildar en Lambda Λ ͦ , det lär ha observerats.

Flera alternativa sönderfall är säkerligen möjliga men här börjar det bli vanskligt att ens spekulera. Det sägs att Omega kan existera med andra spinn- eller laddningsvarianter och det är nog tänkbart. Frågan är om det lönar sig att analysera längre än så här, det torde knappast leda till någon omedelbar nytta. Helt säker kan man förstås inte vara!

Den gamla och den nya fysiken

Att säga att jag är frustrerad över situationen är milt uttryckt. Jag anser mig ha en mycket god och trovärdig modell över tomrummet (vakuum), ljusets natur, partikelbildning och en teoretisk struktur för stabila och semistabila partiklar. Men vad finns att säga om fysiken av idag? Den har helt andra och inte så logiskt försvarbara utgångspunkter. För det första anser man inte att tomrummet har någon struktur, inte heller menar man att antimateria är något annat än strukturella varianter av vanlig materia. På fullt allvar menar man att den materia som faktiskt existerar endast är en liten rest från 'Big Bang', efter att materien och antimaterien förintat varandra. På denna vaga grund bygger man sin teoretiska fysik.

Hela den etablerade fysiken och partikelfysiken beskrivs idag med abstrakta matematiska begrepp och formler. Dessa teorier är inte tillgängliga för mig, och jag vill ärligt talat inte ens veta vad de presenterar. Vi talar inte samma språk. Jag vill kunna skapa mig en klar och tydlig bild av vad jag vill förmedla. Om något inte går att göra sig en bild av så påstår jag, med visst fog, att det sannolikt inte heller existerar. Vetenskapen har kört ohjälpligt fast vad gäller en samlad teori om rum, tid och materia. Jag menar mig sitta inne med en enkel och begriplig lösning men har fundamentala svårigheter att nå ut. Så är situationen idag och inget genombrott står för dörren, denna låsning är oerhört beklaglig och sorglig.

◄ Tillbaka