Bosoner og andre partikler

Hej Spørg om Fysik
Jeg har skrevet til jer før og har fået fine svar. Jeg har et spørgsmål, jeg ikke kan finde svar på. Det er noget, jeg ikke forstår mht bozoner og naturkræfter. Jeg forstår ikke, hvordan det kan lade sig gøre, at kræfter som f.eks de fire naturkræfter, herunder tyngdekraften kan skyldes udveksling af gravitoner, når gravitoner ikke kan eksistere i vores lave energier - men kun i store energier som i Big Bang og LHS´s partikelaccelerator.

Det lille billede fra forrige side viser en computer simulation af et sammenstød der giver en Higgs-partikel.

Med venlig hilsen
E K

Det er korrekt, at fysikere nu beskriver naturkræfterne som udveksling  af diverse bosoner. Bosoner er en bestemt slags partikler, der opfylder visse kvantemekaniske love.

Fx siger man, at de elektromagnetiske kræfter skyldes udveksling af fotoner, og at de svage kernekræfter skyldes udveksling af såkaldte W- og Z-bosoner. Fotoner er masseløse, så der er ingen nedre grænse for hvor lidt energi de kan repræsentere, mens fx W-bosonerne er massive, og derfor ifølge Einstein (E=mc2), koster en endelig energi at producere. Man kan undre sig over, som spørgeren gør, at disse partikler kan have nogen effekt, når der ikke er energi nok til at producere dem.

Det skyldes, at forklaringen på kræfterne er en smule mere nuanceret, end at de blot skyldes udveksling af bosoner.

Start med at tænke på en stillestående sø med vand. Vi har her at gøre med et medium, vand, som i meget stille vejr står fuldstændig stille med en blank overflade - fysikere vil sige, at vandet er i sin grundtilstand. Man kan nu kaste en sten i vandet, og der vil opstå bølger i vandet - søen er blevet 'eksiteret'. I kvantemekanikkens verden er bølger og partikler to sider af samme sag, så når vi producerer en vandbølge - der jo er en slags lydbølge - så kan man også sige, at vi har produceret en lydpartikel. I fysikken hedder sådan en partikel en 'fonon'. Pointen er nu, at selvom der ikke er nogle bølger i vandet, altså vi har ingen fononer, så er vandet dog stadig tilstede, og kan påvirke sine omgivelser. Fx bliver en sten nede i vandet lidt lettere, end den er udenfor vandet (Arkimedes lov).

Bosoner

I tilfældet med elektromagnetismen, så er det det såkaldte 'elektromagnetiske felt' der spiller vandets rolle. Selvom der ikke er bølger i feltet, svarende til, at der er helt mørkt (husk, at lys er elektromagnetiske bølger), så kan feltet stadig påvirke sin omgivelser sådan, at eksempelvis ens ladninger vil frastøde hinanden, eller at en magnetisk nordpol vil tiltrække en magnetisk sydpol. Nogle mener, at det er på samme måde med gravitationen - dvs tyngdekraften. Tyngdefeltet er et medium, hvori der kan være bølger/partikler kaldet gravitoner, men selvom der ingen bølger er tilstede, så vil mediet stadig påvirke sine omgivelser, og fx være årsag til massetiltrækning.

Jeg kan afslutningsvis nævne, at den såkaldte Higgs-partikel, som der ledes intenst efter på CERN i disse år, i virkeligheden er en lydbølge i et medium (Higgs-feltet), som er overalt i Universet. Mediet minder en del om en superleder (et metal uden elektrisk modstand). En superleder har nemlig den egenskab, at indeni den vil fotoner blive massive. Det er netop den egenskab, som superlederen har tilfælles med Higgs-mediet, nemlig, at det kan gøre ellers masseløse partikler massive.

Med venlig hilsen
Per Hedegård, Professor