Provläsning

Från Kapitel 2 – Atomkärnans uppbyggnad

Mikrokosmos, som denna publikation handlar om, är de små avståndens och de små massornas värld. Ända sen Rutherfords experiment och upptäckt av atomkärnan har detta område inom fysiken fascinerat tiotusentals forskare genom åren. Det fanns en tid då man trodde att allt inom fysiken kunde förklaras. Den tron har nu istället blivit kraftigt reviderad och man är numera försiktig med liknande uttalanden.

Dagens gällande förklaringsmodell, den så kallade standardmodellen, uppvisar besvärande brister på en rad punkter. Dessa brister skall inte behandlas här däför att jag lägger fokus i första hand på min egen modell.

Atomkärnan består i väteatomen av en ensam proton men i övriga kärnor finns även neutroner med i bilden. Under första halvan av nittonhundratalet anade man att dessa partiklar i sin tur var uppbyggd av mindre partiklar. Förvirringen tilltog när man i experimentella kollisioner mellan protoner i hög energi skapade en skur av partiklar som man inte omedelbart kunde kartlägga.

Idén om kvarkar presenterades av Murray Gell-Mann och Georg Zweig oberoende av varandra 1964 som ett sätt att få ordning bland alla de olika partiklar som då hade upptäckts. Det fanns nästan inga belägg för kvarkarnas fysikaliska verklighet förrän 1968, då elektron–proton spridningsexperiment visade på att elektroner spreds mot tre punktlika beståndsdelar inuti protonen. Det antyddes att två partiklar var positivt laddade och en negativt laddad. Man anade inte då att dessa te partiklar kunde vara något annat än kvarkar.

Som senare skall visas består protonen av tätt sammansvetsade magnetiska monopoler och runt dessa cirkulerar två elektroner och en positron. Experimentet kan då sägas att det stöder min hypotes då man kunde se att strålpartiklarna spreds mot tre partiklar. Laddningarna stämmer också med två positiva och en negativ. Om man tolkar detta som ett bevis på att min redovisade modell är korrekt så går vi vidare och tittar närmare på de magnetiska monopolerna.

2.1 Magnetiska monopoler

Den store vetenskapsmannen Michael Faraday införde i början av 1800-talet någonting nytt till fysiken, nämligen de fundamentala elektriska och magnetiska fälten. Han kunde se
upphovet till det då mystiska ”verkan på avstånd” som dåtidens naturvetenskapliga forskare inte förstod. Genom officiella experiment kunde han visa att elektricitet kunde omvandlas till magnetism och vice versa inför en häpen publik. Senare gav James Clerk Maxwell matematisk form åt detta fenomen. I de framsprungna två paren av symetriska ekvationer kunde man enkelt konstatera att fälten är duala. D.v.s. om man i ekvationen byter ut det ena fältet med det andra så ser resultatet i stort sett likadant ut. Detta har varit ett stort mysterium inom fysiken sedan dess, för detta förutsäger att det måste finnas magnetiska elementära enheter liksom elektriska elementära enheter. Bärarna av de elektriska enhetsladdningarna är de båda leptonerna elektronen och positronen. Elektronen avger ett negativt fält och positronen avger ett positivt fält. Detta förhållande är väldefinierat och accepterat. Men hur är det med den magnetiska motsvarigheten, som man kallar de magnetiska monopolerna. Man har under hela 1900-talet sökt efter dessa monopoler men aldrig sett skymten av dem. Har naturen valt att bryta mot dualiteten genom att sakna magnetiska monopoler? Nej- inte alls, Monopolerna är en del av materians byggstenar och återfinns, som jag längre fram skall visa, i protonens och neutronens kärna. De finns överallt i och omkring dig.

Vad är då en magnetisk monopol?
Om man delar en stavmagnet i mindre bitar blir det fortfarande plus- och minuspol på varje bit. Hur små bitar man än lyckas dela en magnet så innehåller den en minus – och en
plusände. Det ät alltså en magnet med två ändar, därav namnet ”di”, som betyder två och
kallas därför dipolmagnet. En monomagnet har, som namnet antyder, endast en pol. Antingen består den av enbart positiv magnetisk laddning eller enbart negativ magnetisk laddning. Man kallar följdriktigt dessa magnetiska objekt för monopoler. Till storleken är det mycket små partiklar. Utsträckningen torde ligga på högst ca: 10-20 m. Detta skall då jämföras med protonradien som uppskattas till 10-15m. Elektrisk laddning är välbekant för de flesta, men det finns även magnetisk laddning. Den minsta elektriska laddningen vi känner till är elektronen som bär på en negativ enhetsladdning och positronen som bär på lika mycket positiv laddning. På motsvarande sätt kan vi betrakta monopolerna. Monopolerna bär på den minsta magnetiska enhetsladdningen med plus respektive minus som förtecken.

Den mest grundläggande och viktigaste fysikaliska process som finns i universum är
attraktionen och repulsionen mellan magnetiska respektive elektriska objekt. Med andra ord, plus dras mot minus och lika laddningar stöter bort varandra. Samspelet mellan dessa magnetiska och elektriska laddningar utgör grunden till hur vi skall betrakta atomernas inre struktur i fortsättningen.

Hur ser en monopol ut?
Det är ingen som vet, för den syns inte i våra mikroskop p.g.a. sin litenhet. Däremot kan vi
försöka föreställa oss dess skepnad. Vad vi vet är att monopolen har massa, cirka 34 MeV. Har någonting en massa har den även energi enligt Einsteins ekvation E=mc2. Den energi som då avses är summan av massenergi, bindningsenergi, rörelseenergi och andra i monopolen förekommande energiformer. En protons subkärna av monopoler är ett bundet system och erbjuder därmed en absolut energidefinition. Den kan då ses som den totala relativistiska energin med vilomassan inkluderad.

Samtidigt vet vi att naturen är energisnål och alltid söker den väg som ger minst motstånd.
I det här fallet och i alla andra fall är det en cirkulär eller en ellipsformad rörelse som
gäller. De som bildar denna formation är fältpartiklar eller entiliteter som man sa
tidigare. Dessa roterar kring sitt gemensamma masscentrum med mycket hög hastighet. Antalet är mycket stort, men man kan sätta en övre gräns på ca 1038 stycken per monopol. Detta antagande har sin bakgrund i styrkeförhållandet mellan den starka kraften och gravitationen. Mer om detta när vi går igenom naturkrafterna längre fram. Vi kan alltså hypotetiskt visualisera monopolerna som ett garnnystan om vi kunde synliggöra fältpartiklarnas hastighetsvektorer en aning. Se bild 2.

bild2

Bild 2 – Försök till visualisering av an monopol

Flera monopoler kan tillsammans bilda en partikelkärna. Protonen som innehåller 28
monopoler, 14 negativa och 14 positiva kan liknas vid ett fikonpaket som kan köpas till jul.
”Fikonen” ska då illustrera monopolerna som ligger intill varandra med motsatta laddningar i sin omedelbara närhet men med ett visst avstånd emellan. Se bild 3. Entiteterna är i sin tur uppbyggda av kraftfält och dessa kraftfält är uppbyggda av sina kraftfält osv…
(Se bild 6). I hur många steg detta fortgår ska jag lämna därhän tillsvidare. Man kommer in i en mikrovärld som är så liten att den ej utan vidare kan förstås av våra sinnen. Det kommer att bli svårt att kunna göra relevanta experimentella utforskningar i denna fråga i framtiden.

Bild 3. Monopoler som bildar en kärna

Bild 3. Monopoler som bildar en kärna

Har man registrerat fria monopoler?
Man har försökt hitta monopoler i den övre atmosfären, med mycket sofistikerad
mätutrustning, men utan resultat. Dessutom har man tillskrivit monopolerna en alldeles för
tung massa. Det var naturligtvis väntat för det är mindre troligt att det numera finns fria
monopoler i något större antal kvar i rymden.

I den tidiga begynnelsen när världsalltets skapandes, var alla monopoler fria. Genom sitt
starka kraftfält samlades, så småningom, ett visst antal, 28, av dessa till starka enskilda
enheter som därmed bildade kärnan till protonen och neutronen. Varför just dessa blev
stabila beror på att just denna konstellation var den som gav det lägsta gemensamma
energitillståndet. Andra partiklar kan bildas men de trivs inte i sina konstellationer och
sönderfaller därför efter en mycket kort stund.

Paul Dirac och monopolerna
Paul Dirac hade utbildat sig till elektroingenjör men fann inget arbete som han var
intresserad av. Därför sökte han och fick ett fysikstipendium vid universitetet i Cambridge.
Tydligen var steget från elektroteknik till kvantfysik inte så stort för det var inte så
värst många år därefter som han erhöll nobelpriset i fysik. Dirac argumenterade för att monopolerna, som han menade fanns någonstans i universum och hade ett kvantiserat förhållande till den elektriska laddningen och finstrukturkonstanten. Se faktaruta. Diracs kvantiseringsvillkor (DQC) pekar på ett intimt beteende mellan en magnetisk och en elektrisk laddning, i var sitt fält, och fann att magnetisk laddning (g) och den elektriska laddningen (e) överensstämmer med kvantiseringsvillkoren. Mer om detta i kapitel 3. Denna förutsägelse har av mig används på ett annorlunda sätt än vad Dirac då hade förväntat sig. Som visas längre fram i boken stämmer detta antagande alldeles förträffligt med min nya teori. Det visar sig nämligen att förhållandet mellan laddningarna är lika med förhållandet mellan massorna. En monopol skall därmed innehålla en massa på cirka 35 MeV. Se även avsnittet om naturkrafterna.