Universums legobitar

För att förstå oss på Higgsbosonen måste vi först förstå oss på standardmodellen. Detta är den rådande teorin inom partikelfysiken, och beskriver de minsta kända byggstenarna i universum som vi känner till. De här minsta byggstenarna kallas för elementarpartiklar av den enkla anledningen att de inte består av mindre partiklar.

Att all massa består av atomer är något som alla känner till sen grundskolan, och att atomer i sin tur består av de subatomära partiklarna protoner, neutroner och elektroner. Av de tre så är en av dem, elektronen, en elementarpartikel. Protonen och Neutronen däremot byggs upp av andra elementarpartiklar, de så kallade upp- och nerkvarkarna i kombinationer om tre var. Protonen byggs upp av två uppkvarkar och en nerkvark, och neutronen gör motsatsen genom att bestå utav två nerkvarkar och en uppkvark.

I standardmodellen finns det 17 stycken elementarpartiklar, som grupperas in i tre kategorier utefter deras egenskaper. Dessa kategorier heter kvarkar, leptoner och bosoner. Kvarkar har vi redan nämnt snabbt när vi pratade om protonerna och neutronernas beståndsdelar. Partiklarna i den gruppen delar många egenskaper med leptonerna, och tillsammans betecknas kvarkar och leptoner som fermioner.

Fermionerna är totalt 12 stycken, 6 stycken kvarkar och 6 stycken leptoner, klart fler än bosonerna som endast är 5. Det som skiljer bosoner och fermioner åt är deras spin. Bosoner har heltalsspinn medan fermioner, både kvarkar och leptoner, har halvtallsspinn.

Nu borde jag förmodligen förklara vad spinn är, vilket visar sig vara lättare sagt än gjort. Från namnet kan man anta att det har något att göra med hur partikeln snurrar, vilket är hur man tolkade spinn när man först började formulera standardmodellen. Då var spinn helt enkelt partikelns rörelsemängsdmoment, en fysisk egenskap som man förenklat kan säga beskriver hur snabbt partikeln rör sig.

Men forskarna upptäckte snabbt ett antal problem med den här tolkningen, den största av vilka var att om man applicerade det uppmätta spinnet för en elektron på dess uppmätta radie och massa, så fann man att den roterade snabbare än ljuset! Vilket är helt omöjligt enligt fysikens lagar. Den moderna beskrivningen av spinn bygger på väldigt avancerad fysik som dessutom kräver en del mattekunskap, och därför nöjer jag mig med att säga att spinn är ett av ”kvanttalen”, numeriska egenskaper som beskriver ett kvantmekaniskt system. Det viktigaste att komma ihåg med spinn är att det är en så kallad inre egenskap, vilket betyder att den inte ändras, en fermion har alltså alltid halvtalsspinn och en boson alltid heltalsspinn.

Om vi nu vet att fermioner har halvtalsspinn och bosoner heltalsspinn, så kan vi grotta oss ner ännu mer och urskilja vad som skiljer kvarkar från leptoner, hade vi inte kunnat nöja oss med att kalla de ferminoner och strunta i undergrupperingarna? Uppenbarligen inte! För att förklara varför måste vi introducera ännu fler nya koncept. Först upp är begreppet färg, och här är det viktigt att bemärka att det absolut inte har något att göra med färger som vi uppfattar dem, det har inte ens något med ljus att göra! Kvarkar kan ha en av tre färger, röd, grön eller blå. Leptoner däremot, har ingen färg alls, och det är detta som skiljer de två grupperna ifrån varandra. Precis som med spinn är färgen ett inre värde som inte ändras.

Men om det inte har något med ljus att göra, vad är då färg i det här sammanhanget? För att förklara det måste vi först introducera de fyra fundamentala krafterna!