Sólin Sólin Rís 07:17 • sest 19:20 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 18:41 • Sest 21:23 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 11:49 • Síðdegis: 24:23 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 05:15 • Síðdegis: 18:11 í Reykjavík

Hvaða hlutverki gegna kvarkar í eiginleikum efnis?

Viðar Guðmundsson

Ef átt er við efni eins og við sjáum það yfirleitt þá er svarið að bein áhrif kvarka sjást ekki í hreyfingu efnis eða uppbyggingu stærri efniseinda, en fjöldi og tegund kvarka í tiltekinni öreind ræður því hins vegar hver öreindin er. Um það má lesa nánar í svari Kristjáns Rúnars Kristjánssonar við spurningunni Hvað eru kvarkar?

Lítum fyrst á hliðstætt fyrirbæri. Atóm eru sem kunnugt er samsett úr nifteindum (e. neutrons) og róteindum (protons) í kjarna (nucleus), svo og rafeindum (electrons) sem sveima um kjarnann. Ef atóm hefur jafnmargar róteindir, sem eru plúshlaðnar, og rafeindir, sem eru mínushlaðnar, er það sagt ójónað. Það hefur þá enga heildarrafhleðslu og rafkraftur frá því á litla hleðslu utan þess er enginn.

Inni í atóminu eru rafkraftar eða rafsegulverkanir (electromagnetic interactions) sem halda rafeindunum á hreyfingu kringum kjarnann. Þó að atómið sé í heild óhlaðið geta verkað veikir rafkraftar milli atóma ef þau skautast, það er að segja að miðja plúshleðslunnar færist til miðað við miðju mínushleðslunnar. Dæmi um þess konar krafta eru svokallaðir kraftar van der Waals í gösum sem valda því að raunveruleg gös víkja frá hegðun kjörgass (ideal gas) sem eðlisvísindamenn kalla svo. Þessir veiku rafkraftar valda því einnig að eðalgös (noble gases) önnur en helín geta myndað sameindir þar sem atómin bindast þó afar veikt.

Þessir veiku rafkraftar milli óhlöðnu atómanna eru í ákveðnum skilningi afgangurinn af sterkari rafkröftum inni í atómunum. Þeir eru sagðir veikir meðal annars af því að þeir dofna hraðar með fjarlægð en rafkraftarnir frá einstökum hleðslum.

Í kjarnanum sjálfum er róteindunum haldið saman með kjarnakrafti sem er nógu sterkur til að yfirvinna rafkrafta þeirra. Ef svo væri ekki flygju þær í allar áttir vegna þess að eins hleðslur verka með fráhrindikrafti hver á aðra. En hvað er þessi kjarnakraftur sem er líka oft kenndur við svokallaðar sterkar víxlverkanir (e. strong interactions)?

Inni í hverri kjarnaeind (nucleon), það er að segja róteind eða nifteind, eru kvarkar og er þeim haldið saman af feykilega sterkum krafti sem berst með svokölluðum límeindum. Sá kraftur nefnist litkraftur (color force eða color interaction). Kjarnakrafturinn fyrir utan róteindina er afgangur þessa krafts milli kvarkanna. Kjarnakrafturinn er sterkari en rafkrafturinn, en hefur miklu skemmri seilingu og finnst því ekki út fyrir kjarnann.

Áhrifa einstakra kvarka gætir ekki á beinan hátt fyrir utan kjarnaeindina nema í sérhæfðum tilraunum í öreindafræði þar sem greina má bein hreyfifræðileg (dynamical) áhrif þess hvernig öreindir eins og kjarnaeindir eru samsettar úr kvörkum. Kvarkarnir segja hins vegar ekki til sín með slíkum hætti í kjarneðlisfræði, hvað þá í eðlisfræði stærri efniseinda eins og atóma eða sameinda.

Skoðið einnig svör um skylt efni:

Höfundur

Viðar Guðmundsson

prófessor í eðlisfræði við HÍ

Útgáfudagur

30.1.2002

Spyrjandi

Ólafur Hlynsson, fæddur 1982

Tilvísun

Viðar Guðmundsson. „Hvaða hlutverki gegna kvarkar í eiginleikum efnis?“ Vísindavefurinn, 30. janúar 2002. Sótt 24. september 2020. http://visindavefur.is/svar.php?id=2084.

Viðar Guðmundsson. (2002, 30. janúar). Hvaða hlutverki gegna kvarkar í eiginleikum efnis? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=2084

Viðar Guðmundsson. „Hvaða hlutverki gegna kvarkar í eiginleikum efnis?“ Vísindavefurinn. 30. jan. 2002. Vefsíða. 24. sep. 2020. <http://visindavefur.is/svar.php?id=2084>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvaða hlutverki gegna kvarkar í eiginleikum efnis?
Ef átt er við efni eins og við sjáum það yfirleitt þá er svarið að bein áhrif kvarka sjást ekki í hreyfingu efnis eða uppbyggingu stærri efniseinda, en fjöldi og tegund kvarka í tiltekinni öreind ræður því hins vegar hver öreindin er. Um það má lesa nánar í svari Kristjáns Rúnars Kristjánssonar við spurningunni Hvað eru kvarkar?

Lítum fyrst á hliðstætt fyrirbæri. Atóm eru sem kunnugt er samsett úr nifteindum (e. neutrons) og róteindum (protons) í kjarna (nucleus), svo og rafeindum (electrons) sem sveima um kjarnann. Ef atóm hefur jafnmargar róteindir, sem eru plúshlaðnar, og rafeindir, sem eru mínushlaðnar, er það sagt ójónað. Það hefur þá enga heildarrafhleðslu og rafkraftur frá því á litla hleðslu utan þess er enginn.

Inni í atóminu eru rafkraftar eða rafsegulverkanir (electromagnetic interactions) sem halda rafeindunum á hreyfingu kringum kjarnann. Þó að atómið sé í heild óhlaðið geta verkað veikir rafkraftar milli atóma ef þau skautast, það er að segja að miðja plúshleðslunnar færist til miðað við miðju mínushleðslunnar. Dæmi um þess konar krafta eru svokallaðir kraftar van der Waals í gösum sem valda því að raunveruleg gös víkja frá hegðun kjörgass (ideal gas) sem eðlisvísindamenn kalla svo. Þessir veiku rafkraftar valda því einnig að eðalgös (noble gases) önnur en helín geta myndað sameindir þar sem atómin bindast þó afar veikt.

Þessir veiku rafkraftar milli óhlöðnu atómanna eru í ákveðnum skilningi afgangurinn af sterkari rafkröftum inni í atómunum. Þeir eru sagðir veikir meðal annars af því að þeir dofna hraðar með fjarlægð en rafkraftarnir frá einstökum hleðslum.

Í kjarnanum sjálfum er róteindunum haldið saman með kjarnakrafti sem er nógu sterkur til að yfirvinna rafkrafta þeirra. Ef svo væri ekki flygju þær í allar áttir vegna þess að eins hleðslur verka með fráhrindikrafti hver á aðra. En hvað er þessi kjarnakraftur sem er líka oft kenndur við svokallaðar sterkar víxlverkanir (e. strong interactions)?

Inni í hverri kjarnaeind (nucleon), það er að segja róteind eða nifteind, eru kvarkar og er þeim haldið saman af feykilega sterkum krafti sem berst með svokölluðum límeindum. Sá kraftur nefnist litkraftur (color force eða color interaction). Kjarnakrafturinn fyrir utan róteindina er afgangur þessa krafts milli kvarkanna. Kjarnakrafturinn er sterkari en rafkrafturinn, en hefur miklu skemmri seilingu og finnst því ekki út fyrir kjarnann.

Áhrifa einstakra kvarka gætir ekki á beinan hátt fyrir utan kjarnaeindina nema í sérhæfðum tilraunum í öreindafræði þar sem greina má bein hreyfifræðileg (dynamical) áhrif þess hvernig öreindir eins og kjarnaeindir eru samsettar úr kvörkum. Kvarkarnir segja hins vegar ekki til sín með slíkum hætti í kjarneðlisfræði, hvað þá í eðlisfræði stærri efniseinda eins og atóma eða sameinda.

Skoðið einnig svör um skylt efni:

...