Til venstre atommodellen med elektroner svevende rundt kjernen. I midten er det zoomet inn på kjernen med protoner og nøytroner. Til høyre et proton som består av kvarker som limes sammen av gluoner. (Illustrasjon: Science Photo Library/NTB scanpix)
Til venstre atommodellen med elektroner svevende rundt kjernen. I midten er det zoomet inn på kjernen med protoner og nøytroner. Til høyre et proton som består av kvarker som limes sammen av gluoner. (Illustrasjon: Science Photo Library/NTB scanpix)

Sjarmkvark, gluon, myon og tau: Derfor har de aller minste partiklene så rare navn

Jordbær, vanilje og sjokolade ble forkastet. Men fortsatt er det nok av pussige navn blant elementærpartiklene.

Publisert

Det er ikke så mye mer enn hundre år siden atomet ble sett på som udelelig. Som den aller minste byggeklossen i verden.

På slutten av 1800- og begynnelsen av 1900-tallet viste det seg imidlertid at det var mer komplisert enn som så. Elektroner, protoner og nøytroner kom på banen. De to første med henholdsvis negativ og positiv ladning som nuller hverandre ut.

For mange av oss stopper det kanskje der, men det finnes altså enda mindre bestanddeler. De kalles elementærpartikler.

– Helt til det eventuelt blir motbevist ved at vi finner noe mindre, sier professor Are Raklev ved Universitetet i Oslo.

– Atomer var elementære en gang i tiden. Så trodde folk at protoner var elementære, men det var de jo ikke.

Protonene består nemlig av enda mye mindre kvarker og gluoner.

– Nå tror vi virkelig at kvarkene er elementærpartikler, sier Raklev til forskning.no.

Han innrømmer at det kan høres litt arrogant ut siden det ikke kan utelukkes at det finnes enda mindre bestanddeler.

Professor Are Raklev ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo. (Foto: Eivind Torgersen)
Professor Are Raklev ved Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo. (Foto: Eivind Torgersen)

Navnet skjemmer ingen

Elektronet er fortsatt en elementærpartikkel – den eneste som holder stand blant den eldre garde. Nå har elektronet fått selskap av blant annet oppkvarker, toppkvarker, nøytrinoer, gluoner og myoner. Og det nylig påviste Higgs-bosonet.

For mange av oss framstår elementærpartiklene som ganske mystiske greier. Og det er de til en viss grad for partikkelfysikerne også. Men vi trenger ikke skjønne så mye av hva de er og hvordan de fungerer for å la oss fascinere av de pussige navnene de har fått.

Hvor kommer navnene fra, egentlig? Og er de egentlig så pussige?

– Jeg synes det har vært veldig spennende med disse rare navnene, sier Raklev.

– Det var en av tingene som tiltrakk meg. Det var en helt annen verden med eksotiske navn. Det var som å gå på oppdagelsesferd i jungelen i Sør-Amerika, men mye mindre farlig, sier partikkelfysikeren til forskning.no.

Kvarker og kråker

Kvarkene var de første som dukket opp og ødela, eventuelt nyanserte, oppdelingen av atomkjernen i protoner og nøytroner.

Ordet kvark sørger for et sjeldent møte mellom partikkelfysikken og litteraturvitenskapen. Sistnevnte gjennom den ugjennomtrengelige James Joyce-romanen Finnegans Wake.

Kvark-oppdageren Murray Gell-Mann har sagt at han først hadde bestemt seg for lyden kwork. Den litteraturinteresserte fysikeren fant følgende setning i Finnegans Wake: «Three quarks for Muster Mark».

Dermed hadde han ordet han trengte.

Ifølge Gell-Mann skulle ordet stamme fra et lydord som skulle være omtrent som et kra fra en kråke.

Det berømte sitatet fra side 383 i <i>Finnegans Wake</i>. (Foto: Eivind Torgersen)
Det berømte sitatet fra side 383 i Finnegans Wake. (Foto: Eivind Torgersen)

Ikke kråke, men meieriprodukt

Nyere Joyce-forskning kan tyde på at det siste ikke er helt riktig, og at ordet kvark har en helt annen opprinnelse.

I 2010 publiserte Gerald Gillespie en studie som hevder at quark slik det brukes i Finnegans Wake, heller kommer fra det tyske ordet for kvarg, et meieriprodukt som de siste årene har forsøkt å innta norske dagligvarebutikker.

Ifølge Meierileksikonet til Melk.no er kvarg «en mager og fyldig ferskost med rund og fyldig smak. I tysktalende land er kvarg den mest solgte ferskosten. Kvarg fremstilles av melk som er syrnet.»

Og som alt mulig annet her i verden er også kvargen bygget opp av elementærpartikler, deriblant kvarker.

Særlig oppkvarker og nedkvarker. Men det finnes flere av dem.

To oppkvarker og en nedkvark

– Det er flere varianter av kvarkene, men det visste man ikke i begynnelsen, forteller Raklev.

– En stund var det tre typer kvarker, og de het jordbær, sjokolade og vanilje.

Det funka ikke da det viste seg at kvarkene opptrer parvis og at protoner og nøytroner består av kvarker med forskjellig ladning. Da ble det oppkvarker og nedkvarker.

– Opp og ned henger sammen med ladningen. Oppkvarken har positiv ladning og nedkvarken har negativ ladning, sier Raklev.

Protoner er positive fordi de har to oppkvarker og én nedkvark.

Bunnkvarkene har negativ ladning, akkurat som nedkvarken, men den er tyngre. Derfor fikk den forstavelsen bunn, som jo er lenger ned enn ned. Toppkvarken er motpolen til bunnkvarken.

– Aller først het de beauty og truth, skjønnhet og sannhet. Men jeg tror folk synes det ble litt drastisk, sier Raklev.

Sære og sjarmerende

Når vi kommer til de to siste, særkvark, sjarmkvark, begynner det virkelig å bli eksotisk. Det har ikke nødvendigvis så mye med egenskapene å gjøre.

Navnet særkvark skyldes ikke så mye selve kvarken, men at de viste seg å være en av bestanddelene i noe som i en periode ble kalt strange particles, sære partikler.

Den siste kvarken sjarmerte forskerne fordi den bidro til symmetri og balanse i kvarkelandskapet, derav navnet sjarmkvark.

Kronologisk oversikt over når elementærpartiklene ble bekreftet

1897: Elektron

1926: Foton

1937: Myon

1956: Elektronnøytrino

1962: Myonnøytrino

1969: Oppkvark, nedkvark og særkvark

1974: Sjarmkvark

1975: Tauon

1977: Bunnkvark

1979: Gluon

1983: W-boson og Z-boson

1995: Toppkvark

2000: Taunøytrino

2012: Higgs-boson

(Kilder: Engelsk Wikipedia og A brief etymology of particle physics, Symmetry 2017.

Syvende elektron-far i huset

Elektronet, det eldste medlemmet av dagens elementærpartikkelfamilie, fikk navnet sitt allerede på 1890-tallet.

«Denne mest bemerkelsesverdige grunnleggende elektrisitetsenheten, for hvilken jeg siden har våget å foreslå navnet elektron», skrev George Stoney i 1891, noen år før partikkelen ble bekreftet.

Elektronet er et av de såkalte leptonene. I denne gruppa har vi også myon og tauon.

Myon het opprinnelig mesotron da den ble oppdaget på 1930-tallet. Da trodde forskerne det hadde en masse som plasserte det mellom proton og elektron, og mesos er gresk for mellom.

Det ble litt problematisk da det dukket opp flere partikler i dette mellomrommet, og da disse fikk samlebetegnelsen mesoner. Vår venn fikk navnet my-meson, som etter hvert ble forkortet til myon.

Tauon (eller bare tau) har navnet sitt fra det greske ordet triton, som betyr tredje, siden det var det tredje leptonet. Men heller enn å kalle den triton valgte forskerne forbokstaven, den 19. bokstaven i det greske alfabetet, tau.

Elektron, myon og tau har hver sine fettere og kusiner i de såkalte nøytrinoene. Altså elektronnøytrino, myonnøytrino og taunøytrino.

Nøytrino, med den italienske endelsen -ino, betyr egentlig lite nøytron. Rundt 1930 satt man plutselig der med to nøytrale partikler, og den tyngste fikk være nøytron mens den letteste av dem heller måtte være nøytrino.

Lim og lys

Kvarker og leptoner utgjør 12 av de 17 bekreftede elementærpartiklene i det som kalles Standardmodellen for partikkelfysikken. Denne modellen gir ennå ikke et komplett bilde av verden, det er ikke alt som går opp, så forskerne vet at det må finnes flere.

Men vi skal selvsagt ta med oss de fem siste som er påvist, de som går under samlebetegnelsen bosoner: gluoner, fotoner, W-bosoner, Z-bosoner og Higgs-bosoner.

– Gluonene er limet som holder kvarkene sammen, sier professor Are Raklev.

Lim på engelsk er glue, og vi skjønner hvor gluonene har fått navnet sitt fra.

Fotonene, som også kalles lyspartikler, har fått navn fra det greske ordet phos, som betyr lys.

Bosonene W, Z og Higgs

De tre siste kalles alle bosoner etter den indiske fysikeren og matematikeren Satyendra Nath Bose.

W-bosonet har med den svake (weak) kjernekraften å gjøre, og w-en kommer derfra. Den har enten positiv eller negativ ladning.

Z-bosonet har ingen, altså null, ladning, og navnet kommer sannsynligvis fra z-en i zero.

Oversikt over elementærpartiklene med litt mer informasjon enn det de fleste av oss trenger. (Illustrasjon: Terje Andersen, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)
Oversikt over elementærpartiklene med litt mer informasjon enn det de fleste av oss trenger. (Illustrasjon: Terje Andersen, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

«Guds partikkel» kan være funnet

Siste medlem i den eksklusive klubben av elementærpartikler er Higgs-bosonet. Det ble forutsett av Peter Higgs i 1960, men først bekreftet i 2012 i partikkelakseleratoren LHC i Cern.

Partikkelfysikerne jublet og Higgs fikk nobelprisen i fysikk, men utenfor vitenskapens verden fikk partikkelen et annet liv og et helt annet navn.

– Derfor er «Gudspartikkelen» historisk, skrev VG.

– «Guds partikkel» kan være funnet, skrev Dagsavisen.

Gudepartikkel har også blitt eget oppslagsord i Det norske akademis ordbok, der det forklares slik: «navnet skyldes at partikkelen i populærlitteratur har blitt beskrevet som en «gud», fordi den var helt nødvendig for at de viktigste fysikkmodeller skulle være gyldige.»

Higgs-bosonet skapte frykt for sorte hull og det som verre var. Men selv om den var etterlengtet for partikkelfysikerne, har den neppe så mye med noen som helst guddom å gjøre.

Kanskje er ikke fysikerne så dårlige på navngiving likevel.

– Vi skal i hvert fall være glad for at det er fysikere som setter navn og ikke media, sier Are Raklev til forskning.no.

Referanser og lenker:

Gerald Gillespie: Why Joyce Is and Is Not Responsible for the Quark in Contemporary Physics. Papers on Joyce, 2010.

G. Johnstone Stoney: Of the "Electron," or Atom of Electricity. Philosophical Magazine, 1894.

Daniel Garisto: A brief etymology of particle physics. Symmetry, mai 2017.