Alfapartikel – heliumatomens kärna, som innehåller två protoner och två neutroner. Det är en mycket stabil kärna som sänds ut i ett stycke från många tyngre kärnor i en process som kallas alfasönderfall. Alfapartiklar var kända innan man förstod att de bestod av protoner och neutroner. De är också dubbelt joniserade heliumatomer, dvs. heliumatomer där båda elektronerna har avlägsnats.

Antimateria – materia som helt består av antipartiklar.

Antipartikel – en typ av subatomär partikel som är som en spegelbild av den ursprungliga partikeln, i det att många av dess viktigaste egenskaper är omvända. Antiprotonen har till exempel samma massa som protonen men är negativt laddad. När partiklar och deras motsvarande antipartiklar möts förintar de varandra i ett utbrott av energi. På samma sätt kan ett par av en partikel och en antipartikel skapas ur ren energi. Antielektronen kallas positron och har en positiv laddning som är lika stor som elektronens negativa laddning.

Atommassenhet (u) – den vedertagna enheten för att ange kärnors massa. Den är en tolftedel av massan hos en neutral kolatom, ¹²C. En kärnas massa i atommassenheter är ungefär lika med kärnans masstal.

Atomnummer – symbol Z, antalet protoner i en kärna. Också det totala antalet elektroner i en neutral atom, eftersom antalet elektroner utanför kärnan måste vara lika med antalet protoner i kärnan om laddningarna ska ta ut varandra.

Baryoner – hadroner som består av tre kvarkar. De lättaste baryonerna är protonerna och neutronerna. Tyngre hadroner, som deltapartikeln, är instabila. Baryoner och mesoner (som bara innehåller en kvark och en antikvark) utgör de två typerna av hadroner.

Betasönderfall – den process, styrd av den svaga kärnkraften, genom vilken protoner och neutroner kan omvandlas till varandra. När en neutron genomgår betasönderfall sänds en elektron och en antineutrino ut. En fri neutron kan betasönderfalla eftersom dess massa är större än summan av protonens och elektronens massor. En proton kan bara betasönderfalla inuti en kärna med överskottsenergi och blir då en neutron, varvid en positron och en neutrino sänds ut; det sker i kärnor med ett överskott av protoner.

Betastrålar – det gamla namnet på de elektroner eller positroner som sänds ut från kärnor vid betasönderfall.

Borromeisk kärna – en viss typ av instabil kärna som beter sig som om den bestod av tre separata delar; huvuddelen av kärnan utgör en kärna (core), medan två nukleoner (oftast neutroner) ’svävar’ runt utanför den. Dessa tre beståndsdelar (core plus två nukleoner) hålls mycket svagt samman av den starka kärnkraften på ett sådant sätt att om någon av dem avlägsnas är kraften mellan de två återstående för svag för att hålla ihop dem, och även de faller isär. Detta beteende är unikt i naturen. Termen borromeisk kommer från det matematiska området knutteori, där de borromeiska ringarna är sammanlänkade så att var och en håller ihop de två andra. Exempel på borromeiska kärnor är ⁶He, ¹¹Li och ¹⁴Be, som alla också är halokärnor.

Bubbelkammare – en anordning som gör banorna synliga för laddade (starkt joniserande) partiklar när de passerar genom en ’överhettad’ vätska. Ibland kan en vätska, som flytande väte, värmas upp över sin kokpunkt om den är mycket ren. En laddad partikel som passerar genom en sådan ’överhettad’ vätska lämnar dock efter sig en rad bubblor på de ställen där partikeln har joniserat vätskan.

Kedjereaktion – när en urankärna bringas att klyvas genom att absorbera en neutron sänder den själv ut några neutroner. Dessa kan i sin tur få andra kärnor att klyvas, och så vidare, i en betydande mängd uran. Detta är en neutronkedjereaktion.

Dimkammare – en anordning som gör banorna synliga för laddade (starkt joniserande) partiklar när de passerar genom ’mättad’ vattenånga. Det finns en gräns för hur mycket vattenånga luft kan innehålla, men den gränsen kan ibland överskridas. En laddad partikel som passerar genom en sådan ’övermättad’ ånga lämnar dock efter sig en rad droppar på de ställen där partikeln har joniserat ångan.

Cyklotron – en accelerator för laddade partiklar där partiklarna hålls i en spiralformad bana i en vakuumkammare av ett magnetfält och får en serie knuffar av ett elektriskt fält.

Deltapartikel – en släkting till nukleonen; partikeln kan betraktas som ett exciterat tillstånd hos nukleonen med något större massa.

Diffraktion – den egenskap hos alla vågor som innebär att de breder ut sig när de möter ett hinder. Hur mycket de breder ut sig beror på vågens frekvens och föremålets storlek.

Dropplinjer – gränserna på en Segrèkarta bortom vilka kärnor inte existerar. De kallas så eftersom det är som om nukleoner som sätts in i en sådan kärna droppar rakt ut igen.

Elektromagnetisk strålning – all strålning som består av självunderhållande elektriska och magnetiska fält. All elektromagnetisk strålning färdas i vakuum med samma hastighet: ljusets hastighet. Ljus, radiovågor, ultraviolett strålning, gammastrålning och infraröd strålning är i grunden samma sak och skiljer sig bara åt i frekvens och våglängd. Alla deras olika effekter på materia beror på skillnaden i frekvens och därmed skillnaden i fotonernas energi.

Elektron – den första elementarpartikel som upptäcktes. Den tillhör den klass av partiklar som kallas leptoner. Elektroner är mycket lätta, negativt laddade partiklar och är atomernas beståndsdelar utanför kärnan. Elektroner har en massa på 9x10-31kg, ungefär en tvåtusendel av massan hos den lättaste atomen, väteatomen. De har ingen utsträckning och betraktas därför som ’punktpartiklar’. De är bärare av elektricitet i metaller.

Elektroninfångning – den process där en elektron absorberas av en kärna, där den förenas med en proton och bildar en neutron och en neutrino.

Energinivåer – de tillåtna diskreta (kvantiserade) energivärden som en kärna kan ha. Varje sorts kärna har sitt eget unika mönster av energinivåer. Atomer och molekyler har också unika mönster av energinivåer.

Energidal (nukleär) – alla kärnor har inte samma energi per nukleon. Om alla kärnor ordnas efter N och Z, som på en Segrèkarta, och man reser en linje från varje kärnas position, proportionell mot energin per nukleon, kommer linjernas toppar att bilda en yta som ser ut som en dal. De stabila kärnorna är de som ligger nära dalens botten. Kärnorna högre upp i dalen genomgår radioaktiva omvandlingar, förlorar energi och glider nerför dalens sidor.

Exciterat tillstånd – varje energinivå hos en kärna som ligger över grundtillståndet.

Fission (kärnklyvning) – den process där en tung kärna klyvs i två ungefär lika stora, mindre kärnor, varvid energi som har varit bunden i den frigörs. Oftast sker fission efter att en kärna har stimulerats genom att absorbera en neutron, men spontan fission förekommer också. Fission är den process som producerar kärnkraft genom kontrollerade kedjereaktioner.

Frekvens – antalet svängningar i ett svängande system per sekund. För vågor är det antalet vågtoppar som passerar en fast punkt på en sekund. Den mäts i hertz (= svängningar per sekund).

Fusion – den kärnprocess där två lätta kärnor kan övervinna den ömsesidiga elektriska (Coulomb-)repulsionen och slås samman. Den åtföljs av att en stor mängd energi frigörs och är energikällan i solen och andra stjärnor. Man hoppas att fusion en dag ska kunna utnyttjas som energikälla för mänskligheten på jorden.

Gammastrålar – högenergetiska fotoner (ljuspartiklar) som sänds ut från atomkärnor när de befinner sig i ett instabilt exciterat tillstånd. Gammastrålar kan också absorberas av kärnor, som då blir exciterade.

Gluon – masslös partikel som aldrig har setts isolerad utanför hadronerna och som skapar attraktionen mellan kvarkarna i hadronerna och håller ihop dem.

Grundtillstånd – den lägsta energinivån hos en kärna (eller en atom).

Hadroner – alla partiklar som växelverkar via den starka kärnkraften. Hadroner består av kvarkar; protoner och neutroner är hadroner, liksom mesonerna.

Halveringstid – den tid efter vilken hälften av en stor samling identiska radioaktiva kärnor har sönderfallit.

Halokärna – en viss typ av exotisk kärna, upptäckt i mitten av 1980-talet, som har många fler neutroner än den stabila isotopen av grundämnet. Ibland leder det till att de en eller två yttersta neutronerna är mycket svagt bundna till resten av nukleonerna och därför tillbringar mycket av sin tid långt utanför räckvidden för den starka kärnkraft som från början binder dem till resten av kärnan. Sådana kärnor är mycket instabila och existerar bara tack vare kvantmekanikens märkliga regler. Exempel på halokärnor med en neutron är ¹¹Be och ¹⁹C, medan halokärnor med två neutroner ofta är borromeiska. Det finns också kärnor med protonhalo (som ⁸B), men i så fall gör repulsionen mellan protonens positiva laddning och resten av kärnan att protonen inte kan avlägsna sig särskilt långt utan att falla av. Protonhalor är därför oftast mindre än neutronhalor.

Interferens – en egenskap hos vågor där två vågor överlappar varandra och bildar ett mönster av toppar (där två vågtoppar möts och förstärker varandra) och dalar (där en vågtopp möter en vågdal och de släcker ut varandra). Det resulterande mönstret av mörka och ljusa partier gör det möjligt för oss att lära oss om vågorna och om det system där interferensen äger rum.

Jon – en atom eller molekyl som inte längre är elektriskt neutral, oftast därför att en eller flera elektroner har slagits loss, men termen kan också användas om en atom med en extra elektron (negativ jon).

Jonisera – den process där elektroner avlägsnas från atomer eller molekyler så att de inte längre är elektriskt neutrala. Alfa-, beta- och gammastrålar joniserar atomerna i den materia de växelverkar med.

Isobar – nuklider med olika antal protoner och neutroner men samma totala antal protoner plus neutroner, dvs. samma masstal.

Isomer – en kärna som befinner sig i ett långlivat exciterat tillstånd (kallat ett isomert tillstånd eller ett metastabilt tillstånd). Vissa kärnor kan stanna kvar i sådana exciterade tillstånd på grund av vissa kvantegenskaper som hindrar dem från att falla ner till en lägre energinivå genom att sända ut gammastrålning.

Isotoner – nuklider med samma antal neutroner men olika antal protoner.

Isotop – alla nuklider av ett visst grundämne (med samma antal protoner) men med olika antal neutroner kallas isotoper av det grundämnet. Således är ¹²C och ¹⁴C olika isotoper av kol.

Isotopförskjutning – en atoms optiska spektrum beror nästan helt på elektronerna utanför kärnan, men kärnans storlek har en pytteliten men mätbar effekt. Det betyder att noggranna mätningar av atomers optiska spektrum gör det möjligt att mäta kärnans storlek. Det är mycket användbart för kärnor som lever för kort tid för att man ska kunna göra mätningar baserade på elektronspridning.

Leptoner – en av de två klasserna av elementarpartiklar i naturen. De omfattar elektronen, myonen och taupartikeln samt deras motsvarande neutriner.

Linjäraccelerator – en accelerator för laddade partiklar där partiklarna får en serie knuffar genom en lång, rak vakuumkammare av oscillerande elektriska fält.

Magiska tal – vissa antal protoner eller neutroner ger kärnor med ökad stabilitet jämfört med grannkärnorna. För neutroner är dessa tal 2, 8, 20, 28, 50, 82 och 126. De är desamma för protoner, förutom att ingen kärna med 126 protoner är känd.

Massdefekt – skillnaden mellan en kärnas massa och summan av massorna av alla dess nukleoner när nukleonerna inte är bundna. Observera att sönderfallsprodukternas totala vilomassa är mindre än den sönderfallande kärnans vilomassa; detta kallas ibland massminskningen.

Masstal – symbol A, det totala antalet protoner och neutroner i en kärna. A=N+Z, där N är antalet neutroner och Z är antalet protoner.

Meson – subatomär partikel som kan betraktas som bäraren av den starka kärnkraften mellan nukleonerna i kärnor. Det finns olika typer av mesoner, och de kan vara neutrala, positivt eller negativt laddade. Man vet nu att mesoner, liksom nukleonerna, själva består av kvarkar. Men till skillnad från nukleonerna, som består av tre kvarkar, innehåller mesoner en kvark och en antikvark.

Neutrino – en mycket lätt partikel som sänds ut vid betasönderfall. Namnet betyder ’den lilla neutrala’, och fram till helt nyligen trodde man att den inte hade någon massa alls (liksom fotonen). Man vet nu att det finns tre typer av neutriner, tillsammans med deras motsvarande antipartiklar, men det är den lättaste av dem som sänds ut av kärnor.

Neutron – kärnornas andra beståndsdel vid sidan av protonerna; den har en massa som är en aning större än protonens men är elektriskt neutral. Neutroner kan inte överleva länge utanför kärnan utan betasönderfaller, dvs. omvandlas till protoner, elektroner och antineutriner, efter omkring tio minuter.

Neutronstjärna – det kompakta lik som blir kvar när en jättestjärna dör i en supernovaexplosion. Den har ungefär samma täthet som en atomkärna. Många experiment syftar till att förstå kärnmateriens egenskaper vid höga tryck tillräckligt väl för att vi ska kunna förstå neutronstjärnor.

Kärnmateria – i stora drag det ’ämne’ som kärnor består av. Det är eftersom kärnmateria inte kan pressas samman som tätheten av protoner och neutroner i kärnornas centrum är ungefär densamma för alla kärnor utom de allra lättaste. Av samma skäl har neutronstjärnor ungefär samma täthet som den vi finner i kärnornas centrum.

Nukleon – samlingsnamn för en proton eller en neutron.

Nuklid – en kärna med ett visst antal protoner och neutroner. Det finns omkring 7000 olika möjliga nuklider, av vilka bara några hundra är stabila.

Oblat deformation – den deformation av en sfär som man får genom att trycka ihop två sidor. Jorden är något oblat, eftersom den är lite tillplattad vid polerna, vilket gör ekvatorn något längre än den skulle vara om jorden vore en perfekt sfär.

Fotomultiplikator – en mycket känslig fotondetektor som kan mäta energin i en mycket svag ljuspuls. Den ingår i en scintillationsdetektor för mätning av gammastrålning. Ljuspulsen alstras som en scintillation.

Foton – en enskild ljuspartikel. Einstein föreslog 1905 att ljus kommer i paket eller ljuskvanta, som en förklaring till den fotoelektriska effekten, där ljus kan slå loss elektroner från ytan på en metall. Tillsammans med Max Plancks arbete markerade detta början på den gamla kvantteorin, där ljus betraktas som bestående av separata klumpar. Senare insåg man att dessa paket av ljusenergi hade samma egenskaper som partiklar, till exempel att de uppträder i en enda punkt i detektorer, och de blev kända som fotoner.

Pion – den lättaste mesonen, med en massa på lite över en åttondel av nukleonens massa.

Positron – elektronens antipartikel. Den har samma massa som elektronen men motsatt (positiv) elektrisk laddning. Betastrålningen från kärnor består av elektroner eller positroner tillsammans med de (nästan) odetekterbara neutrinerna.

Prolat deformation – deformationen av en sfär till en form som en ’rugbyboll’ eller en ’amerikansk fotboll’. Det kan man till exempel åstadkomma med en ballong genom att dra isär två punkter på var sida om ballongens yta.

Proton – en av kärnornas beståndsdelar och den enda beståndsdelen i den lättaste kärnan, väte. Den har en positiv laddning som är lika stor som elektronens negativa laddning och en massa som är nästan två tusen gånger större än elektronens. Varje neutral atom innehåller lika många protoner i sin kärna som elektroner som kretsar utanför den.

Kvantmekanik – de fysikaliska lagar som styr den subatomära världens beteende. Den började med Max Plancks och Albert Einsteins idéer i början av 1900-talet och utvecklades till en fullständig matematisk teori i mitten av 1920-talet av Niels Bohr, Erwin Schrödinger och Werner Heisenberg. Andra fysiker som Paul Dirac, Max Born och Wolfgang Pauli gav stora bidrag. Även om kvantmekaniken är vetenskapens mest framgångsrika teori och ligger till grund för stora delar av den moderna fysiken, kemin, elektroniken och materialvetenskapen är dess förutsägelser fortfarande märkliga och motsäger intuitionen, särskilt när man möter dem för första gången.

Kvark – beståndsdel i protonen, neutronen, mesonerna och andra hadroner. Kvarkar kan inte existera isolerade utanför hadronerna. Protonen består av två ’upp’-kvarkar, var och en med en positiv laddning på 2/3 av elektronens laddning, och en ’ned’-kvark med en negativ laddning på 1/3 av elektronens laddning; neutronen har två nedkvarkar och en uppkvark, vilket gör den till en neutral partikel.

Kvark-gluonplasma – när kärnmateria hettas upp till hög temperatur och utsätts för ett enormt tryck, som vid kollisioner mellan tunga kärnor vid mycket höga energier, försvinner gränserna mellan nukleonerna, och kvarkarna och gluonerna i dem bildar en sorts soppa. Universum passerade mycket kort genom en kvark-gluonfas innan protoner och neutroner uppstod efter Big Bang.

Scintillation – den ljusblixt som uppstår när en kärnpartikel eller en gammastråle träffar vissa ämnen.

Scintillationsräknare – en partikeldetektor där ljuset från scintillationer detekteras och mäts med fotomultiplikatorer.

Segrèkarta – en karta över kärnorna där (oftast) protontalet är avsatt på den lodräta axeln och neutrontalet på den vågräta axeln. Generellt anger de rutor på kartan som motsvarar vissa värden på N och Z viktiga egenskaper hos den aktuella kärnan, som till exempel dess radioaktivitet.

Kiseldetektor – moderna detektorer för laddade partiklar bygger på att sådana partiklar ger upphov till elektriska signaler när de passerar igenom eller absorberas. Sådana detektorer gör det möjligt att noggrant mäta energierna och riktningarna hos de partiklar som bildas i kärnreaktioner.

Spallation – när en mycket högenergetisk proton eller annan projektil träffar en kärna slås kärnan troligen sönder, varvid en rad lättare kärnor bildas. Man tror att kärnor som 6Li har bildats genom spallationsreaktioner i den interstellära rymden.

Spektrometer – ett instrument som delar upp strålning i dess olika våglängder (eller frekvenser). Eftersom varje kärna och varje atom sänder ut olika uppsättningar av våglängder gör en spektrometer det möjligt att bestämma vilka atomer eller kärnor som finns i ett prov. Dessutom ger det särskilda mönstret av våglängder viktig information om den atom eller kärna som strålningen kommer från.

Spektrum – en framställning som visar hur styrkan (eller ljusstyrkan) hos elektromagnetisk strålning från en viss källa beror på dess våglängd. Avser också det band av färger vi ser när ljus eller annan strålning delas upp efter frekvens (eller våglängd); det mest välkända exemplet är regnbågsspektrumet av synligt ljus.

Spontan fission – den process där en tung kärna med ett överskott av neutroner klyvs ungefär på mitten i två lättare kärnor. En sådan process är en form av radioaktivt sönderfall och sker utan att kärnan behöver absorbera några extra neutroner för att klyvas, vilket skulle behövas i en kärnreaktor.

Supertunga kärnor – kärnor med Z omkring 110 eller mer.

Supernova, typ Ia och typ II – en supernova är den katastrofala explosionen av en stjärna, där den under en kort tid sänder ut lika mycket strålning som alla stjärnorna i sin galax. En supernova av typ Ia inträffar när en vit dvärgs följeslagare överför så mycket materia till den vita dvärgen att den överskrider den maximala massa som en sådan stjärna kan ha. En supernova av typ II inträffar när kärnbränslet i en jättestjärna är slut. Strålningstrycket från kärnreaktionerna kan inte längre hålla uppe stjärnan, så den faller samman inåt. Sedan studsar den tillbaka utåt, eftersom kärnmateria inte kan pressas samman, och släpper ut enorma mängder energi, en flod av neutriner och mycket materia i rymden. Många av de grundämnen som vi och solsystemet består av bildades i supernovaexplosioner för miljarder år sedan.

Synkrotron – vidareutvecklad från cyklotronen för mycket högre energier och med en cirkulär i stället för en spiralformad bana. Synkrotroner kan accelerera laddade partiklar till nästan ljusets hastighet.

Relativitetsteorin – Einsteins speciella relativitetsteori bygger på två idéer: (I) att ljusets hastighet i vakuum alltid är densamma, oavsett hur snabbt man rör sig i förhållande till ljuskällan, och (II) att fysikens lagar är desamma oavsett hur snabbt ens laboratorium rör sig med konstant hastighet. En följd är att massa m och energi E är ekvivalenta, och att E=mc².

Tokamak – en anordning för att åstadkomma fusion på jorden. Den består av en vakuumkammare i form av en torus tillsammans med stora magneter som håller de växelverkande jonerna i slutna banor genom vakuumet.

Tunnling (kvantmekanisk) – kvantmekaniken tillåter partiklar att dyka upp på andra sidan av barriärer som de enligt fysiken före kvantmekaniken inte skulle ha haft tillräcklig energi för att ta sig över. Denna ’kvanttunnling’ styr bland annat alfasönderfall och gör det möjligt för lätta kärnor att fusionera i stjärnorna, så att stjärnor som solen kan lysa i miljarder år.

Osäkerhetsprincipen – en av de grundläggande idéerna i kvantteorin, först formulerad av den tyske fysikern Werner Heisenberg, som säger att vissa par av egenskaper hos varje objekt, som läge och rörelsemängd, inte kan vara exakt kända samtidigt. Detta beror dock inte på våra mätinstruments oundvikliga ’klumpighet’ när det gäller subatomära objekt, utan är en inneboende egenskap hos själva objekten.

Våg-partikeldualitet – det kvantmekaniska begrepp enligt vilket både materia och strålning på den mest grundläggande nivån måste betraktas som att de ibland har vågegenskaper och ibland partikelegenskaper. Elektroner och fotoner beter sig till exempel ibland som partiklar och ibland som vågor.

Våglängd – avståndet mellan två på varandra följande toppar (eller dalar) i en våg; den är omvänt proportionell mot vågens frekvens. För elektromagnetisk strålning är våglängden lika med ljusets hastighet dividerad med frekvensen.

Röntgenstrålning – en form av elektromagnetisk strålning med våglängder som är kortare än ultraviolett strålning men längre än gammastrålning. Eftersom strålningens våglängd hänger samman med energin innebär det att röntgenfotoner har mindre energi än gammafotoner. Det finns dock ingen skarp gräns mellan de två. Röntgenstrålning har våglängder från omkring 10 nanometer ner till 10 pikometer.