Här kommer vi att sammanställa vanliga frågor och svar, men det krävs att någon ställer dem! Skicka e-mail till oss så kommer vi att svara. Frågor av allmänt intresse hamnar sedan här.
Bilderna nedan är hämtade från The particle adventure, en bra sida om grunderna i kärn- och partikelfysik! En sida med förklaringar av ord och termer finns här. Båda dessa sidor är på engelska.

Vanliga frågor och svar

Svar: Väteatomens massa är 1,67 10^-27 kg medan en medeltung kärna som exempelvis ¹³⁷Cs har massan 2,27 10^-25 kg.

Elektronens massa är endast 9,11 10^-31 kg.

Allmänt ges den atomära massan M(Z,A) av relationen

M(Z,A) = Z m(¹H) +N m(n) - B(Z,A)

där Z är antalet protoner, N är antalet neutroner, A är masstalet (A=N+Z), B är bindningsenegin och där väteatomens respektive neutronens massor anges av m(¹H) resp. m(n).

Svar: En atomkärnas radie beror av antalet nukleoner (neutroner och protoner) enligt relationen:

R = R₀ A^1/3

där radieparametern R₀ har värdet 1,2 10^-15 m och A är masstalet (A=antalet nukleoner i kärnan=summan an antalet neutroner och protoner).

För kärnan ¹³⁷Cs innebär detta en radie på 6,2 10^-15 m.

Svar: En medeltung atom som exempelvis ¹³⁷Cs har en radie på 3,22 10^-10 m.

Svar: Om vi tar exemplet med ¹³⁷Cs så erhåller vi:

Vi kan konstatera att praktiskt taget hela atomen utgörs av tomrum. Notera att det rör sig om tomrum (vakuum) och inte om luft! Luft består av syre och kväve- molekyler.

Svar: Mellan partiklarna i kärnan verkar den starka kärnkraften som håller samman kärnan. Denna är mycket starkare än den elektromagnetiska kraften som vill skilja de positivt laddade protonerna åt. Den starka kärnkraften är oberoende av partiklarnas laddning och behandlar protoner och neutroner lika. Därför kallas ibland protoner och neutroner med ett gemensamt ord för nukleoner.

Svar: Allt i naturen strävar efter att hamna i lägsta möjliga energitillstånd, t.e.x. kommer en skateboardåkare i en ramp att stanna upp i botten av rampen där den potentiella energin är lägst om han inte hela tiden tillför kinetisk energi. Atomkärnorna strävar också mot lägsta möjliga energitillstånd. På samma sätt som botten av skateboardrampen svarar mot minimal energi i gravitationsfältet kommer vissa kombinationer av protoner och neutroner i att ha lägre energi än andra. De kombinationer som har lägst energi är stabila - de sönderfaller inte och bygger upp de atomer vår värld är konstruerad av.
När en atom sönderfaller frigörs den energi som är skillnaden på de två kärnorna. Denna energi är lika med mass-skillnaden av de två kärnorna enligt:
   E = mc²   ( Energi = massa * ljushastigheten²)

Svar: Halveringstid är den tid under vilken hälften av atomkärnorna i ett radioaktivt prov sönderfaller. Om det till exempel finns 1000 radioaktiva ¹⁴C kärnor i en kotte då den faller av trädet kommer det efter 5730  år att finnas 500 ¹⁴C kärnor kvar i kotten, eftersom ¹⁴C har halveringstiden 5730 år. Denna isotop används ofta vid åldersbestämning av organiska material eftersom allt levande innehåller kol, som till en liten del är 14C.

Svar:  En radioaktiv kärnas livstid är relaterad till dess halveringstid. Det är den tid under vilken 69% av de radioaktiva kärnorna i ett prov sönderfaller.

Svar: Nej! Fria neutroner sönderfaller enligt
                  n -> p + e^- +
med en halveringstid på 10.3 minuter. Neutroner är alltså bara stabila under rätt förhållanden inne i en atomkärna, dvs under påverkan av kärnkraften.

Svar: Ja! Eller rättare sagt, man har trots idoga försök aldrig mätt en protons sönderfall, och man har kunnat dra slutsatsen att om protonen sönderfaller så är dess halveringstid längre än 10³³ år (10 gånger sig självt 33 gånger). Detta är mer än tusen miljarder miljarder gånger längre än universums ålder! Protonen kan bara delta i sönderfall inne i atomkärnor under påverkan av den starka kärnkraften.

Svar: Det beror på kärnans halveringstid. Generellt är antalet sönderfall under en tid t
               antal sönderfall = N₀(1-e^{-t ln2 / halveringstiden} )
där N₀ är antalet radioaktiva kärnor när man börjar mäta.

Svar:  Vi är ganska säkra på att kvarkarna finns. Man kan "se" dem genom att "lysa" på en proton med till exempel mycket snabba elektroner. Om elektronerna är nog energetiska kommer de att studsa mot de enskilda kvarkarna istället för emot protonen. Från sådana experiment kan man se att en proton/neutron innehåller tre punktpartiklar som har laddningarna +2e/3 eller -e/3 och spin 1/2. Kvarkarna är instängda i de partiklar de bygger upp och inget experiment har lyckats mäta en fri kvark. Kvarkarna uppträder alltså alltid i grupper om två eller tre, och dessa grupper bildar det vi kallar partiklar, till exempel protoner.
 

Svar: Antimateria är "tvärtemot-materia". Alla partiklar har sin anti-partikel. Partikel och antipartikel har samma massa men olika tecken på laddningen. De har dessutom motsatt tecken på leptontalet, baryontalet, särheten (och övriga additiva kvanttal) som är tal som karakteriserar en partikel.
Om en partikel stöter på sin antipartikel kommer de att annhileras, vilket betyder att ALL deras massa går över i ren energi enligt Einsteins formel E=mc². Om en elektron annhileras med sin antipartikel positronen kommer det att frigöras
          E=2 m_ec² = 1.022 MeV = 1.6 10^-13 J

Svar: Fusion är när atomkärnor slås ihop till en tyngre kärna.  Lätta atomkärnor ( lättare än järn) tjänar energi på att slå sig ihop och bilda en större kärna. Detta utnyttjas i solen, där lätta vätekärnor slås ihop till helium. I denna process frigörs energi, vilken strålas iväg och värmer oss på jorden. Flera försök att förverkliga en fusionsreaktor som skulle kunna producera energi har gjorts. Tekniken är dock svår, och det lär dröja ännu några decennier innan en kommersiell fusionsreaktor kan tas i drift. En fusionsreaktor kan inte få en härdsmälta och den producerar inget långlivat avfall, och den har alltså inte fissionsreaktorns stora nackdelar. Dessutom finns bränslet, väte, i outtömliga mängder.

Svar: Fission är när tunga atomkärnor delar sig till två lättare kärnor. Kärnor som är tyngre än järn tjänar energi i denna process. Detta är grunden för en fissionsreaktor - en vanlig kärnkraftsreaktor. I en sådan får man uran att fissionera, och energin som då frigörs används till att värma vatten och driva ångturbiner. Nackdelarna med fissionskraft är att det inte finns så mycket uran, att man alltid har en viss risk för en olycka och att det produceras långlivat avfall - radioaktiv aska med mycket lång halveringstid. Denna aska måste lagras utom räckhåll för människor i flera hundratusen år. Denna slutförvaring är kanske fissionskraftens största problem.

Svar: De minsta byggstenarna är de vi kallar leptoner och kvarkar. De har så vitt vi vet ingen utsträckning alls - de är så kallade punktpartiklar. Till denna familj hör elektronen och dess antipartikel positronen. De har ingen inre struktur alls och behöver inte som kvarkarna uppträda i grupp. Nedan ser du en tabell över de tre familjer av leptoner och kvarkar som finns. Elektronen hör till den lättaste gruppen. Protonen består av kvarkarna uud medan neutronen består av udd.
Massan av partiklarna anges i energi enheter. 1GeV/c² = 1.78 10-²⁷ kg.

Svar: Vår vardagsvärld består av atomer. Dessa innehåller en atomkärna runt vilken elektronerna finns i bestämda banor. Nästan all atomens massa finns i atomkärnan. Nedan syns hur atomen är uppbyggd och längdskalorna på de olika partiklarna.

Fråga: Är alla atomkärnor sfäriska?

Svar: Nej. Atomkärnor kan vara deformerade. Speciellt vanligt är detta för tyngre kärnor, med A mellan 150 och 190 eller A större än 220. De är då ellipsoid-formade. Tänk dig en ellips som roterar runt sin egen axel!

Svar: Ett atomslag karakteriseras kemiskt av sitt elektonantal - kol har 6 elektoner, syre 8 och så vidare. Antalet protoner i kärnan är lika många som antalet elektroner i atomen, för systemet skall vara elektriskt neutralt utifrån sett. Man karakteriserar atomkärnor utifrån deras protontal Z - kol har 6 protoner, syre 8, o.s.v. Antalet neutroner för ett givet protontal kan variera, och dessa variationer kallas isotoper. T.e.x. har stabilt kol 6 neutroner och 6 protoner, och alltså masstal A=12. Det finns dock möjlighet att bilda en kolkärna med Z=6 och N=7, d.v.s. A=13. Både kol-12 och kol-13 är kolistoper. Den vedertagna beteckningen för atomkärnor är ^A_ZX_N, i fallen med våra kolistoper alltså ¹²₆C₆ rspektive ¹³₆C₇.

Svar: Anledningen till att en neutron i fritt tillstånd är radioaktiv är att den är tyngre än en proton + en elekron och därför tjänar naturen energi på att den beta-sönderfaller:
                  n -> p + e^- +
Av samma anledning är en fri proton stabil (den har inga lättare partiklar den kan sönderfalla till utan att bryta mot konserveringslagar som bevarande av energi, baryontal och leptontal). När neutroner och protoner påverkar varandra (med den starka kraften) i en atomkärna ändras deras energi. Nukleonerna skapar en potential som de rör sig i. (På samma sätt som en boll i en grop har en annan potentiell energi än en boll på plan mark.) Eftersom massa och energi är samma sak (E=mc) ändras inte bara nukleonernas energi utan även deras massa. Nukleonerna i potentialen har inte alla samma energi (det kan de inte ha pga Paulis uteslutningsprincip som säger att inga nukloener kan ha helt lika tillstånd). Alltså ändras deras innbördes massförhållanden mot fallet med fria nukleoner, och i kärnans potential kan neutroner vara stabila och protoner kan sönderfalla.

Svar: Nej. Det debatteras till och med om ljuset hastighet varit konstant under hela universums livstid. Vissa teorier om universums utveckling föreslår att ljusets hastighet under tidiga faser i universum var annorlunda än den är nu. Om ljusets hastighet finns lite mer här.