Neutrino oskillation

Partiklar som kallas neutrinon är viktiga i partikelreaktioner, och de uppfanns när man funnit att någonting verkade saknas där. De är tämligen svåra att detektera, då de reagerar väldigt lite och sällan med övrig materia. Man har dock lyckats konstruera effektivare detektorer, och neutrinofysik är numera ett allt viktigare forskningsområde. Neutrinerna, genom att de passerar allting utan större verkan, även tunga massor och extremt långa avstånd, kan ge information av universum som inga andra partiklar kan. Därför finns nu t.ex ett neutrinoteleskop byggd inne i isen på Antarktis.

En liten del av partikelfysikens teorier är teorin om neutrinernas massa. Tidigare hade man förmodat att neutrinon kanske var masslösa. Nyligen har det även experimentellt påvisats att de har en liten massa, vilket leder till ett matematiskt intressant stycke kvantfysik.

Länk: Neutrino oskillationer
(En matematisk övning, på engelska, PDF.)
Partiklar och fysik
   Del 1 - Atomer och partiklar
Harmonisk oskillator

Här följer en introduktion till kvantmekanik utgående från ett enkelt fysikaliskt system, en svängande pendel, sträng av en musikinstrument, eller en vibrerande molekyl. Alla sådana följer likartade matematiska lagar, inom fysiken kallad "harmonisk oskillator".

Den klassiska fysikens behandling av en harmonisk oskillator fungerar för större saker, som klockor och musikinstrument.

Länk: Den klassiska harmoniska oskillatorn 
(PDF, på engelska)

Ovanstende behandlig visade si inte fungera för mindre saker som atomer och molekyler. Nästa steg är att behandla den kvantmekaniska versionen. Den kvantmekaniska oskillatorn är ett bra exempel på ett enkelt kvantmekaniskt system. I detta sammanhang ter det sig därför rätt naturligt att ta upp några av kvantmekanikens vanligare matematiska metoder.

Länk: Den kvantmekaniska harmoniska oskillatorn (PDF, på engelska)

    Del 2 - Kvantfysik
Partiklar i fysik och kemi

De första "odelbara" partiklarna som man upptäkte var kemiska, och kallades för kemiska grundämnen. Ordet som man då tog i bruk för en sådan grundämnespartikel var atom, från grekiskans "atomos", odelbar, för man trodde i början att de verkligen var odelbara. På sätt och vis är de det också. För om vi tar till exempel grundämnet järn (kemisk beteckning Fe), så den mista enheten järn man kan ta är just en järnatom. Delar man den, vilket man alltså kan göra, är resultatet någonting annat än järn. I den meningen är ju en grundämnesatom ändå odelbar.

Senare upptäckte man atomklyvningen, det var det ordet som först användes. Sedan kom man på att det var atomens kärna som hade den största massan i atomen, och det var klyvingen av just kärnan som var det väsentliga. I dag talar man därför om kärnklyvning. Energin som man får genom att klyva tunga atomer som Uran kallades först atomkraft, medan den moderna termen är kärnkraft.

Det torde vara allmänt bekant att en atom består, utom kärnan, av ett hölje av elektroner. Det är elektronhöljet som ger grundämnesatomen des kemiska egenskaper. Hur det kommer sig förklaras av den moderna kvantfysikaliska teorin, som byggdes från 1900 och framåt.



Atomkärnan består av protoner och neutroner, kärnpartiklarna. Senare har man kommit fram till att dessa å sin sida består av partiklar som kallas kvarkar. I dagens läge tror man att kvarkarna är fundamentala, de består inte av någonting mindre. Också atomhöljets elektroner anses vara fundamentala partiklar.

Det finns ytterligare ett antal fundamentala partiklar, dock inte inom atomer. Också protoner och neutroner, samt ett par hundra partiklar ytterligare kallades förut "elementärpartiklar". Efter upptäckten av kvarkarna fram till1980-talet har antalet minskat till 17 (antalet kan dock komma att ändras allt efter forskningen fortskrider).

Se: Elementärpartiklarna, Wikipedia.


Tabell över kemiska grundämnen

Den här tabellen över kemiska grundämnen skiljer lite från den som vanligen visas, här är Helium är placerad i en annan grupp än den brukar. Hela tabellen är byggd på elektronernas kvantmekaniska tillstånd i atomen snarare än kemiska hänsyn. (Måhända en intressant habrovink, annars skulle det inte finnas någon anledning att visa tabellen, den är så pass vanlig ändå.)

Länk: Tabell över grundämnen (PDF, på engelska)

Fotnot: De matematiska härledningarna som förekommer på dessa sidor är rätt amatörmässigt formulerade.
Det är avsiktligt, då jag vill inte falskeligen göra gällande att de skulle vara akademiska arbeten.
Standardteorin för partikelfysik

Teorin som här talas om är den som för närvarande är behärskande inom partikelfysiken. Det är en samarbetsprojekt av tusentals, eller kanske tiotusentals, fysiker världen över. Av den anledningen har den inte fått något märkligare namn än just "standardteorin". Det är här vi finner sådant som kvarkar och Higgs-partikeln, bland mycket annat.

Jag försöker här ge en översiktsbild av den, som skulle vara läsbart med ganska måttliga matematiska förkunskaper. En kan tyckas orimlig föresats, då teorin är oerhört omfattade, och jag som amatör inte alls behärskar den på någon detaljerad nivå.

Länk: Standardteorin och Higgs partiklar
(PDF, på engelska)

... mer kan komma senare ...

 
 
Supernova neutrino teori

En teori om hur och varför sjärnor exploderar som supernovor. Denna teori avviker från det vanliga farmställda, som beskriver explosionen som en rekyl. I stället framställs här hur de ytterst lätta och svårupptäckta partiklarna, neutrinon, kan vara huvudorsaken till explosionen.

Länk: Supernova neutrino teori
(Ingen matematik, på engelska, PDF)