Elektrisk ladede partikler

Hejsa,

Mine spørgsmål er således:

Hvordan kan en partikel som fx. en kvark være elektrisk ladet, når den hverken er en elektron eller har en elektron. For 'elektricitet' er jo i sig selv fritløbende elektroner, ik? Har det noget med deres spin at gøre?

Vh
KM :-)


Kære KM.

Elektronen har ganske rigtigt en elektrisk ladning. Den er -e, som læses minus en elementarladning (elementarladningen forkortes med e, hvilket kan være lidt forvirrende fordi vi også tit bruger e for elektronen). Elektrisk ladning er altså en egenskab en partikel kan have og ikke noget, som er specielt for elektronen.

Naturens byggesten er atomer, som er neutrale, dvs. totalt set har de ingen elektrisk ladning, men de består af ladede partikler. Atomet består af en meget lille kerne (ca. 10^-15 m) med positiv ladning, som er omkredset af de negative elektroner i en radius på ca. 10^-10 m (atomet er altså ca. 100.000 gange større end selve kernen). For at atomet skal være neutralt, må kernen altså være lige så positiv, som det samlede antal elektroner er negative. Det, der gør kernen positiv, er protonerne. En proton har ladningen +e (plus en elementarladning). Inde i atomkernen er der også neutroner, som ikke har nogen elektrisk ladning. De fungerer som en slags lim, der opvejer den frastødende elektriske kraft, som er imellem protonerne. Protonen og neutronen er ca. lige tunge og er ca. 2000 gange tungere end elektronen, så stort set hele atomets masse sidder i atomkernen. Antallet af protoner er det, der afgør hvilket grundstof vi ser på, fx har kobber 29 protoner i kernen, og et neutralt kobber atom har derfor 29 elektroner, der omkredser kernen.

Elektronerne er bundet til kernen af den elektromagnetiske kraft, akkurat som planeterne i solsystemer er bundet til Solen af tyngdekraften. De elektroner, som er længst fra kernen, er svagest bundne og kan derfor lettest rives af atomet. På den måde bliver atomet totalt set positivt, da der nu er færre elektroner end protoner, og man kalder det i stedet for en ion (man kan også have negative ioner, hvor atomet i stedet har fået tilføjet elektroner).

Elektricitet er bevægelse af elektrisk ladning. Det kan både være positiv eller negativ ladning, og er altså ikke kun bevægelse af elektroner. Tit er det dog elektronerne som bevæger sig, da disse er meget lettere at flytte end ioner, som er tunge pga. den tunge atomkerne.

Spin er også en egenskab, partikler kan have. Det svarer til rotation omkring en indre akse, som fx Jordens rotation. Når noget roterer om en akse kan det enten dreje den ene vej eller den anden, og man har derfor to tilstande. Når man snakker om partikler, som fx elektronen, kalder man det spin op eller spin ned, og det illustreres oftest med hhv. en pil op eller en pil ned.

En kvark er en partikel ganske som elektronen. Elektronen er det man kalder en elementarpartikel, som betyder at den ikke kan splittes op i mindre dele. Man skulle tro, at elementarladningen så var den mindste ladning, man kan have, og det troede man også, indtil man fandt kvarken. Man fandt nemlig ud af, at protonen (som man indtil da også havde troet var en elementarpartikel) var sammensat af tre endnu mindre partikler, som man kaldte for kvarker. Da protonen jo har ladningen +e, så må de tre kvarker tilsammen også have ladningen +e. Man fandt ud af at protonen bestod af to typer af kvarker: up-kvarken og down-kvarken, som har en ladning på hhv. 2/3e og -1/3e (navnene her har ikke noget at gøre med spin op og ned). For at dette giver +1e må protonen altså bestå af to up-kvarker og en down-kvark. Neutronen består også af tre kvarker: en up-kvark og to down-kvarker. Tilsammen fås dermed en ladning på 0.

I dag ved vi at der findes i alt seks kvarker: up, down, charm, strange, top og bottom. Up, charm og top har alle ladningen 2/3e og down, strange og bottom har ladningen -1/3e. Elektronen er også en del af en type partikler, som vi kalder leptoner. Der findes tre leptoner: elektronen, myonen og tau-partiklen, som alle har ladningen -1e.

 

Mvh

Gunvor T. Koldste
Ph.d.-studerende