Utforskar den starka kraften i atomkärnor
Tänk om man kunde krocka en Volvo och en Saab med varandra, och som resultat få en fin Lamborghini. I en färsk avhandling från Lunds universitet undersöks den starka kraften i atomernas inre. Men här handlar det inte om att krocka bilar utan istället atomkärnor.
Atomer är de små byggstenar som ligger till grund för allt material i universum, i såväl bord och människor som luft och stjärnor. I atomernas kärna finns kraftiga elektriska laddningar som egentligen borde göra det svårt för kärnan att hålla samman. Att atomkärnorna ändå inte faller sönder beror på något som kallas för den starka kraften. Under många år har kärnfysikerna undersökt denna kraft, men fortfarande återstår mycket som är oförklarat.
– Det enda sättet att utforska den starka kraften är att göra många olika experiment, säger Emma Johansson på avdelningen för kärnfysik vid Lunds universitet.
Emma Johansson har i en nyutkommen avhandling redovisat sin forskning kring vad som händer om man kolliderar olika typer av atomkärnor med varandra. Hon har exempelvis låtit grundämnet argon kollidera i extremt hög hastighet mot kisel för att se hur den starka kraften i atomkärnorna reagerar.
När atomer krockar i mycket hög fart kan de slås samman till en ny sorts atomer och därmed bilda ett annat grundämne. Exempelvis kan argon som kolliderar med kisel bilda nickel.
Emma Johansson gör en liknelse med om man skulle krocka en Volvo och en Saab med varandra. I kärnfysikens värld skulle en sådan krock inte resultera i förstörda bilar utan istället i en annan bilmodell.
Det är antalet protoner i atomkärnan som avgör vilket grundämne som bildas. Protoner är de små, elektriskt laddade partiklar som bygger upp kärnan tillsammans med neutroner. Det enda som skiljer exempelvis guld från kvicksilver är att guldets atomkärnor har en proton mindre än kvicksilvrets atomkärnor.
Atomerna förstörs alltså inte vid kollisionen utan skapar istället nya sorters atomer, fast med mycket högre energimängd på grund av kollisionsfarten. Det är denna energimängd som forskarna i sina experiment kan mäta för att få reda på vad som händer i atomkärnan.
Mätvärdena från experimenten används sedan för att förbättra de teoretiska modellerna för den starka kraften.
Vissa av atomkärnorna som skapades i Emma Johanssons experiment hade en ovanlig form. Dessa cigarrformade kärnor skickade oväntat ut en del av sin energi med hjälp av protoner. För att komma ut ur kärnan måste protonerna använda sig av ett fenomen som kallas för tunneling. Fenomenet kan liknas vid att man studsar en boll (en proton) mot en vägg (mot den starka kraften som håller ihop kärnan). Oftast studsar bollen tillbaka, men om tunneling inträffar så hamnar bollen på andra sidan väggen utan att varken bollen eller väggen blir förstörd.
Egenskaperna hos de uppmätta protonerna kan användas för att öka förståelsen för både tunneling och den starka kraften.
Avhandlingen presenteras vid Lunds universitet den 23 januari. För mer information, kontakta Emma Johansson, tel 046 – 222 76 82, Emma.Johansson@nuclear.lu.se
