MATERIA

Alla universums partiklar beskrivs med;

• Laddning - attraherar eller stöter bort andra partiklar.
• Spinn - ett rörelsemoment utöver banrörelsen, mer som en vibration, och inte en rotation som man kan tro av namnet.

ATOMER 

Universums byggstenar, långlivade och återvinningsbara.

En atom består av en kärna med protoner och neutroner omgivna av elektroner.

Atomer är så små att bakom ett hårstrås bredd ryms det en halv miljon av dem. En kubikcentimeter luft (som innehåller kväve och syre) innehåller ca 45 miljarder miljarder molekyler.

Atomkärnan

I atomens kärna finns protonerna och neutronerna. Det som håller ihop kärnan och elektronerna runt den är inte gravitationen (tyngdlagen) utan kärnkraften, många miljarder gånger kraftigare än tyngdlagen.

Antalet protoner i kärnan avgör vilket grundämne atomen utgör. Väte har en proton och har fått atomnummer 1. Helium har två protoner och har fått atomnummer 2, osv. För varje proton man lägger till uppstår ett nytt grundämne.

Antalet neutroner i kärnan påverkar bara dess massa (tyngd), inte atomens identitet.

Antalet elektroner är alltid lika många som antalet protoner i kärnan, men en elektron är 1 836 gånger mindre än en proton. Tvärtemot många illustrationer, där de ofta rör sig i omloppsbanor runt kärnan likt en planet runt solen, rör sig elektronerna runt kärnan i ett oförutsägbart mönster i något som liknar en vågkaraktär. De rör sig med en helt ofattbar frenesi och bildar på så sätt ett moln runt kärnan.

Molekyler

Två eller flera atomer som samarbetar kallas molekyl och det är molekyler som bildar alla de kemiska och organiska ämnen som finns i universum. T.ex. blir två väteatomer och en syreatom en vattenmolekyl. Atomer binder till varandra genom att elektronerna som rör sig runt respektive atomkärna befinner sig så ofta mellan de båda kärnorna att där uppstår ett överskott av negativ laddning. Därför dras de positivt laddade atomkärnorna mot varandra. På detta sätt kan naturen skapa t.ex. skelett (kalk + kisel) och människan tillverka material som brons (koppar + tenn) och plast (bl.a. kol + väte). Olika grundämnen är mer eller mindre benägna att dela elektroner med varandra.

Kvarkar

Protonen och neutronen är uppbyggda av vardera tre kvarkar. En positivt laddad proton består av två plus-kvarkar och en minus-kvark medan neutronen, som saknar laddning, består av två minus-kvarkar och en plus-kvark.

Elementarpartiklar

En elementarpartikel är en partikel som i sin tur inte är uppbyggd av andra partiklar. All materia i universum är alltså uppbyggt av elektroner och kvarkar.

Higgsbosonen

Länge fanns heller ingen förklaring till materiens massa som kunde utöva gravitation. Men 2012 hittades den tidigare endast hypotetiska Higgsbosonen. Higgsbosonen gör att kvarkar och leptoner får en massa, att de faktiskt kan bilda materia. Higgsfältet genomsyrar universum och är som sirap, varigenom partiklar tar sig igenom olika lätt. Olika partiklar färdas med olika motstånd genom fältet och får därigenom en tröghet och ett motstånd mot rörelseändring vilket definierar ett objekts massa. Man kan likna det vid att Higgsbosonens kraftfält fyller sin partikel likt vatten fyller en svamp och gör den tyngre.

SUBATOMÄR ENERGI

Materia är detsamma som energi.

De mindre atomerna strävar efter att bli större medan de största strävar att bli mindre. De mest stabila atomerna återfinns i mitten av det periodiska systemet, där t.ex. järn ligger. När en atom går samman med en annan atom och blir större kallas processen för fusion, om atomen sönderfaller till två mindre kallas det för fission.

Fission (sönderdelning)

Några fåtal atomer kan utföra fissioner själva genom en s.k. kärnreaktion. När några av de tyngsta atomerna med denna förmåga sönderfaller, som t.ex. uran och radium, uppstår det som vi kallar radioaktivitet.

En radiumkärna innehåller 88 protoner och 138 neutroner. Eftersom den är så stor är den instabil och sönderfaller lätt. Från kärnan släpper den ifrån sig två protoner och två neutroner som bildar en heliumkärna. Radiumkärnan förvandlas till en radonkärna med 86 protoner och 136 neutroner.

Radonkärnans och heliumkärnans gemensamma massa är 0,0023 % mindre än den ursprungliga radiumkärnans massa. Den förlorade massan övergår till 2 000 000 000 joule energi. (En joule motsvarar energin som krävs för att få en 2 kilo tung järnkula att börja rulla i 1 meter per sekund) Om man frigjorde energin i 1 kg radium på ett ögonblick skulle det motsvara explosionen av 1 miljon kg dynamit.

Radioaktiviteten (energin) absorberas av omgivande materia och omvandlas till värme. Radioaktivitet fungerar som explosiva ämnen men frigör energi mycket långsammare. Ett kilo radium alstrar tillräcklig energi för att koka upp en liter vatten på en halvtimme.

Fusion (sammanslagning)

Atomkärnor kan också slås samman i en process som kallas fusion. När en väteatom smälter samman med en annan väteatom bildas helium. För detta krävs mycket högt tryck och hög temperatur.

Vid varje ny bindningsprocess frigörs energi eftersom atomerna börjar dela elektroner mellan sig. Om man låter de fyra grundämnena syre, väte, kol och kväve reagera med varandra frigörs så mycket energi på bara någon mikrosekund att man har gjort ett sprängmedel av det kallad C-4 (composition 4). Det roliga är att du som organism mestadels består av samma grundämnen och om du kunde frigöra all din subatomära energi på en som samma gång skulle du försvinna och explodera med en kraft av 30 stora vätebomber.

Det finns sådan subatomär energi lagrad i all materia. Det svåra är att frigöra denna energi från massan. Stjärnor kan det, och tack vare denna energi kan jorden, växterna och djuren leva.

Alla dessa partiklar bildar materia. Men det finns en grupp partiklar till, som skapar krafter.