www.matematikk.org
LærerstudenterLærerstudenter

Mia og Marius besøker CERN

Mia og Marius besøker CERN-anlegget i Sveits. På CERN undersøker forskerne de minste byggeklossene i verden - og til det trengs de største maskinene.

Historien

Cern-akseleratoren -    Oj, den er svær, er det sant at den er nesten 3 mil lang?

-    Ja, når den nye akseleratoren stod ferdig i 2007 og går i en rundbane på 27 km under jorda her vi står nå.

En akselerator er som en hul smultring, og inni den sender små partikler fort rundt og rundt før forskerne lar dem kollidere med kjempefart. Det er Carsten, pappaen til Alexandra i klassen som har tatt med barna til Sveits. Han er professor i fysikk.

 

-    Du Alexandra, hvor gammel er egentlig pappaen din?

-    Jo, avbryter Carsten, det kan jeg fortelle deg. Hvis du lar A=1, B=2, C=3 og helt til Å=29 så er jeg CERN år, det vil si C+E+R+N år.

Carsten


Oppgave 1

Hvor gammel er Carsten?

- Se her, sier Marius mens han peker på en plakat. Her står det at alt rundt oss er satt sammen av bare 3 slags byggeklosser. En som heter proton, en som heter nøytron og en som heter elekstron. Alle 3 har forskjellig elektrisk ladning: elektroner har -1, nøytroner har 0 og protoner har +1.

Kvark opp +2/3 og kvark ned -1/3 - Men, sier Mia, her står det jo at protonene og nøytronene er bygd opp av enda mindre byggeklosser som heter kvarker. Protonene og nøytronene er bygget opp av 2 slags kvarker. Den ene typen heter opp og den andre heter ned. Opp-kvarken har ladning +23, og ned-kvarken har ladning 13.

Oppgave 2

3 kvarker kan settes sammen til en ny partikkel, for eksempel et nøytron eller et proton.

a) Nøytronet består av 3 kvarker slik at ladningen blir 0. Hvilke 3 kvarker må det være?

Nøytron: ladning 0

b) Protonet består av 3 kvarker slik at ladningen blir +1. Hvilke 3 kvarker må det være?

Proton: ladning +1

 

Carsten forklarer at den nye maskinen sender partikler i begge retninger i "smultringen", og når partiklene har nådd topphastighet får man dem til å kollidere. Når de smeller sammen i så stor fart, blir det nesten som det var rett etter at universet oppstod - det såkalte Big Bang. På denne måten kan vi lære mer om hvordan universet var rett etter Big Bang.

Illustrajonen er gul og oransje - papirbiter som flyr ut i hver sin retning.

Oppgave 3

I et eksperiment sendes lette partikler i én retning og tunge partikler i motsatt retning i "smultringen". I forhold til oss går de lette partiklene dobbelt så fort som de tunge partiklene. Når de lette partiklene har gått 10 000 runder, kolliderer de med de tunge partiklene.

Hvor mange runder har da de tunge partiklene gått?

Fasit

Oppgave 1

C = 3, E = 5, N = 14, R = 18.

3 + 5 + 18 + 14 = 40. Pappaen til Alexandra er 40 år.


Oppgave 2

a) Hvis ladningen skal bli 0, må vi ha like mye negativt som positivt. Nøytronet må bestå av en opp-kvark og to ned-kvarker, (onn). Da blir ladningen 0, fordi en opp-kvark gir 23 og en ned-kvark gir -23.

b) Hvis ladningen skal bli +1, må protonet bestå av to opp-kvarker og en ned-kvark, (oon). Da blir ladningen 23+23-13=2+2-13=1.

Oppgave 3

Siden de lette partiklene går dobbelt så fort som de tunge vil de lette ha gått dobbelt så langt som de tunge. Siden de lette har gått 10 000 runder har de tunge bare gått 5 000 runder.

Oppgave 2

a) Hvis ladningen skal bli 0 må vi ha like mye negativt som positivt. Nøytronet må bestå av en opp- og to ned-kvarker, (onn). Da blir ladningen 0 fordi en opp-kvark gir 23+2313=2+213=33=1 og to ned-kvarker gir 231313=2113=03=0.

b) Hvis ladningen skal bli +1 må protonet bestå av to opp-kvarker og en ned-kvark, (oon). Da blir ladningen 23.

Oppgave 3

Siden de lette partiklene går dobbelt så fort som de tunge vil de lette ha gått dobbelt så langt som de tunge. Siden de lette har gått 10 000 runder har de tunge bare gått 5 000 runder.

Skrevet av

Nils Voje Johansen
Nils Voje Johansen
Arne B. Sletsjøe
Arne B. Sletsjøe

Institusjon

Universitetet i Oslo