Atom betyder odelbar vilket faktiskt är helt fel Att hitta en fungerande modell som kan användas för att förklara våra minsta beståndsdelar har diskuterats i århundraden. Efter upptäckten av radioaktiviteten och elektronen i slutet av 1800-talet insåg man att atomen har en inre struktur.

Russinbullemodellen Modern atomteori börjar sin utveckling 1897 då Joseph John Thomson upptäcker elektronen. Eftersom elektroner har negativ laddning medan atomer är neutrala så måste resten av atomen ha positiv laddning. Thomson föreslog själv att den positiva laddningen var en materieklump där elektronerna var instoppade.

Hans beskrivning brukar jämföras med en russinbulle, där bullen är den positiva materien och russinen är elektronerna.

Planetmodellen År 1898 upptäckte Ernst Rutherford att alfa-strålning består av den positiva resten av heliumatomer. För att få veta mera om atomer skickade han de nyupptäckta alfa-partiklarna mot en tunn metallfolie i guld som bara var några atomdiametrar tjock. En detektor bakom folien registrerade alfa-partiklarna när de passerat folien.

Rutherford upptäckte att de flesta alfa-partiklarna gick rakt igenom folien. De hade inte gått mellan atomerna utan tvärs igenom. Bara några få hade böjts av åt sidan. Överraskningen var att ett litet antal partiklar studsade tillbaka i samma riktning som de kommit ifrån. Utifrån russinbullemodellen var det som att skjuta med pistol genom en bulle och upptäcka att några kulor studsar tillbaka. Russinbullemodellen måste vara felaktig!!

Vad döljer sig under bordet?

Efter flera års analys kom Rutherford 1911 fram till en ny atommodell: Planetmodellen En atom av ett grundämne består av ett visst antal elektroner som kretsar i ett sfäriskt tomrum runt en relativt liten och tung kärna som har positiv laddning. Praktiskt taget hela atommassan är samlad i atomkärnan. Rutherfords atom är som ett solsystem i miniatyr.

Atomkärnans radie är minst 10000 gånger mindre än hela atomens Atomkärnans radie är minst 10000 gånger mindre än hela atomens. En atom består alltså till största del av tomrum. Om man förstorar en atom så att kärnan blir som ett knappnålshuvud så blir elektronerna små prickar som kretsar 100 meter från kärnan. Förklaringen till Rutherford experiment blir nu enkel. De flesta alfa-partiklarna gick rakt igenom tomrummet. Ett litet antal kom så nära en kärna att de böjdes av eller åkte tillbaka av de elektriska krafterna från kärnan.

Frågan var om en sådan modell kunde existera. Elektronerna påverkas av en centripetalkraft och får därmed acceleration. Laddningar som accelereras sänder ut elektromagnetisk strålning vars energi kommer från dess rörelseenergi. En sådan modell borde kollapsa. Elektronerna skulle röra sig i en spiral in mot kärnan samtidigt som atomen sände ut ljus.

Antipartiklar Då relativitetsteorin kombinerades med kvantmekaniken förutspåddes en ny typ av partiklar: antipartiklar. Sådana antipartiklar har sedan påvisats experimentellt. Det har sedan visat sig att varje typ av partikel har en antipartikel. I vissa fall är partikeln sin egen antipartikel. En partikel och dess antipartikel har någon inre egenskap olika, t ex laddning, men övriga egenskaper är lika. Ett exempel på partikel-antipartikel par är elektronen och positronen. Då en partikel och en antipartikel möts så annihileras (förstörs) de, och deras massa/energi används till att skapa fotoner eller andra partiklar. e+ e-  Elektron och positron Fotoner

Elementarpartiklar De mest elementära partiklar som vi känner enligt vår nuvarande förståelse kan delas in i två typer: Materiepartiklar (de som bygger upp materia): Leptoner Kvarkar Fältpartiklar (de som förmedlar krafter): Foton, W, Z0 (elektrosvag kraft) Gluoner (stark kraft) Graviton (?) (gravitation) Kraftverkan mellan materiepartiklar sker genom att det sker ett utbyte av en fält- partikel, t ex så förmedlas den elektro- magnetiska kraften genom att en (virtuell) foton utbytes. Kraftpåverkan genom utbyte av en partikel.

Partikelfamiljer Familj Partiklar Partikel Antipartikel Namn Symbol Symbol Foton Foton   Lepton elektron - + Myon - + Tau  - + Neutrino e, , , e, ,  Hadron Mesoner Pion +, 0 -, 0 Kaon K+, K0 K-, K0 Eta 0 0 + andra mesoner Baryoner Proton p p Neutron n n Lambda 0 0 Sigma +, 0, - +, 0, - + andra baryoner _

Kvarkar Hadroner har en inre struktur, de är uppbyggda av kvarkar! Namn Kvark Antikvark Symbol Laddning Symbol Laddning Up u +2/3 e u -2/3 e Down d -1/3 e d +1/3 e Strange s -1/3 e s +1/3 e Charmed c +2/3 e c -2/3 e Top t +2/3 e t -2/3 e Bottom b -1/3 e b +1/3 e _ Baryoner byggs upp av 3 kvarkar: Proton, p = uud, Neutron, n = udd Mesoner byggs upp av en kvark och en antikvark Pion, + = ud, - = ud _ Ingen har någonsin observerat en fri kvark

Leptoner och kvarkar Familj Partiklar Partikel Antipartikel Namn Symbol Symbol Lepton elektron - + Myon - + Tau  - + Neutrino e, , , e, ,  Namn Kvark Antikvark Symbol Laddning Symbol Laddning Upp (up) u +2/3 e u -2/3 e Ner (down) d -1/3 e d +1/3 e Sär (strange) s -1/3 e s +1/3 e Charm (charmed) c +2/3 e c -2/3 e Topp (top) t +2/3 e t -2/3 e Botten (bottom) b -1/3 e b +1/3 e _ Alla partiklar känner av elektrosvag växelverkan, men endast kvarkar känner av stark växelverkan.