vrijdag 28 oktober 2011

Natuurkracht Vierling van Standaardmodel

We raken steeds verder verdwaald buiten onze denkkaders en de standaard fysische elasticiteit van ons brein. We gooien hem maar meteen op tafel: Het standaardmodel van de deeltjesfysica. In 1974 geformuleerd als basis voor uitbreiding en aanpassing. Statische analyse van deze wikitekst leert dat bij 1 op de 2 zelfstandige naamwoorden onze breincellen een negatief signaal afgeven. Dan rest slechts de terugtocht naar onze geschriftenloze visuele oorsprong op de savannen: een plaatje.
Om allerlei effecten van atomen (van het Griekse atomos, dat ondeelbaar betekent) te kunnen beschrijven bleek het nodig nogmaals een deling uit te voeren van de deeltjes(proton, electron, neutron) van een atoomkern. Dus deeldeeltjes van de protonen en neutronen. Nu geen saaie Griekse namen meer, maar grappige als Up, Charm, Top, Down, Strange en Bottom.
Ze doen denken aan de dochters Pecksniff: Charity en Mercy (Cherry & Merry). Ook waren er nog wat krachten nodig om die deel- of subatomaire deeltjes bij elkaar te houden of elkaar te laten afstoten. Die staan onderop het plaatje en zijn ook deeltjes: Gluons (lijmdeeltjes!), Photons, Bosons en Gravitons. Respectievelijk voor de Strong Force, Electro-Magnetic Force, Weak Force en de Gravitatie of zwaarte-kracht. De gele balletjes Leptons zijn soort van elektronen en de blauwe balletjes Quarks zijn soort van kerndeeldeeltjes.
Onduidelijk? dan maar weer een plaatje. Hier weer het Helium-atoom met 2 protonen met ieder 3 quarks (Up, Up, Down) en 2 neutronen ook met ieder 3 quarks (Down, Down,Up). De quarks worden bij elkaar gehouden door  lijmdeeltjes Gluon.
Eigenlijk hebben ze ook nog een mooi kleurtje die de kleur-kracht aangeeft tussen de quarks. Quantum Chromodynamics van He-kern.

Om kortweg samen te vatten: men is niet ontevreden over het resultaat. De deeltjes waren nodig om bijvoorbeeld te kunnen verklaren hoe een neutronenster en een zwart gat wordt gevormd door het ineenstorten van het atoom en het samengaan van elektronen en protonen tot neutronen. Een aantal van die subatomaire deeltjes is daadwerkelijk gevonden tijdens experimenten bij de LHR van CERN ergens diep onder de Jura bij Genève.

Een aantal deeltjes geniet toch nog wel enige landelijke bekendheid:
Neutrino onlangs in het nieuws vanwege zijn Italiereis 'sneller dan het licht'. Ze komen vrij bij de fusiereactie van waterstof naar helium op de zon. Daarom een verbeterd reactieschema.
Er vliegen daardoor per seconde enige tientallen miljarden zonneneutrino's door een vierkante centimeter van je lichaam.

Positron het antideeltje (met een positieve lading) van een elektron. (Er is dus van elk deeltje ook een antideeltje!) Wordt gebruikt bij kankeronderzoek in de PET-scan.

Zwakke kernkracht Die veroorzaakt radioactieve bèta-straling, een hoog energetisch elektron, door een neutron in een proton om te zetten. Wordt oa gebruikt bij Koolstof-14 ouderdoms dateringen.

Elektromagnetische kracht Die vinden we overal om ons heen en in onszelf. Die zorgt voor elektrisch stroom uit het stopcontact maar ook voor chemische bindingen tussen atomen en moleculen. Wij blijven in elkaar zitten door elektromagnetisch aaneengeknoopte C O H en N atomen op een kalkcium-vissegraatje.

Sterke kernkracht. Deze bindt in de atoomkern de quarks aan elkaar tot neutronen en protonen.
Hier zijn de dichtgepakte neutronen (DDU) van een neutronenster afgebeeld. Het zou nog dichtgepakter kunnen als de quarks allemaal tegen elkaar aan gaan liggen. Zo'n kwarkster is nog virtueel hypothetisch. Omdat er nu 'strange' quarks nodig zijn noemt men hem ook wel "strange star".

Alleen met de zwaartekracht wilde het maar niet vlotten en deze bleef een vreemde eend in de standaard-bijt. Probleem is dat de zwaartekrachtinvloeden tussen 2 subatomaire deeltjes niet te meten zijn. De gravitonen kunnen ook niet worden gevonden.
Uit Gerard 't Hoof (Nobelprijswinnaar) in de Gids 2010/8: We gaan fantaseren en proberen iets nieuws: we extrapoleren onze kennis nu in onze gedachten. De snarentheorie hield in dat alles uiteindelijk uit snaren bestaat en niet uit punten. Snaren die gesloten lussen vormen bleken zich precies te gedragen als deeltjes die de zwaartekracht kunnen overbrengen, de gravitonen. Helaas is de snarentheorie nog weerbarstiger dan die van de kwantummechanica. Als je iets wilt vinden dat heel exotisch is, waar ga je dan naar toe? Wel je zoekt de meest exotisch plek die je kunt bedenken. Dat zijn zwarte gaten.
Snaren? Het is weer tijd voor een plaatje:

8 opmerkingen:

  1. Bij een "krachtvoerend deeltje" maken mijn hersens een noodstop en komen gillend tot stilstand. Waarom noemen we dat een deeltje? Een kracht is iets anders dan materie. Een gluon- of een graviton-deeltje is onzin imho. Denk ik nog te Newtons? Dat is allemaal gekomen omdat we ooit ontdekt hebben dat licht-straling zich soms als deeltjes gedraagt. En toen hebben we dat maar op alle krachten en stralingen overgedragen. Mmh, mmh.

    Als er krachtvoerende deeltjes bestaan, dan is er altijd tijd nodig om kracht van de ene plek op de andere uit oefenen. Bij elektromagnetische kracht zou dat kunnen zijn. Bij de zwaartekracht is dat bij mijn weten niet zo, die werkt onmiddelijk. Dat betekent dat een graviton, dat de zwaartekracht overdraagt, zich met een oneindige snelheid moet bewegen. En dat "kan niet".

    BeantwoordenVerwijderen
  2. @Bob, 'We' hebben er nog wel een nobelprijs natuurkunde mee binnengesleept, met het aantonen van het W- en Z-bozon, voor Simon van der Meer.

    Graviton is een ondetecteerbaar deeltje, maar er zijn ook 'klassieke' Gravitational waves.

    BeantwoordenVerwijderen
  3. Is er nu een tijd nodig om de zwaartekracht over te brengen of niet? Is dat wel eens onderzocht?

    BeantwoordenVerwijderen
  4. @Bob. Er is ook een Wikiweetje met de titel: Speed of Gravity. Ben nu even aan het studeren..;). Als je iets niet begrijpt: conclusies aan het eind lezen... hmmm... speed of light in vacuüm... had Einstein al voorspeld ... ?? En ze hebben het geprobeerd te meten??

    BeantwoordenVerwijderen
  5. Interessant, de zwaartekracht heeft dus (hoogstwaarschijnlijk) toch een voortplantingssnelheid, die (hoogstwaarschijnlijk) gelijk is aan de snelheid van het licht. Alleen bij voorwerpen (planeten of zonnen) die met constante snelheid bewegen lijkt het alsof het het zwaartekrachtveld zich onmiddelijk aanpast aan de positie van de veroorzaker, maar dat is een kwestie van waarneming.

    Wat wederom mijn bezwaar twegen zwaartekrachtdeeltjes volledig ontkracht.

    BeantwoordenVerwijderen
  6. Ja hoogstwaarschijnlijk wel, maar er is ook de theorie dat zwaartekracht helemaal geen fundamentele natuurkracht is: De zwaartekracht ontkracht idd.
    Komt ook langs in volgende en laatste logje in deze RuimteTijd serie.

    BeantwoordenVerwijderen
  7. Jongens, ik loop intussen lichtjaren achter. Vandaag keek ik voorzichtig of er hier intussen een wat aardser stukje verschenen is maar het wordt zelfs nog een tikkeltje ingewikkelder.

    Exacte wetenschap lijkt op een gegeven moment toch onvermijdelijk weer over te gaan in zweverige geheimtaal.
    Marjan

    BeantwoordenVerwijderen
  8. Als je iets nieuw ontdekt of bij elkaar fantaseert, moet dat onvermijdelijk een nieuwe naam krijgen, @Marjan. Tis niet geheim maar onbekend en daardoor onbemind? Dan wordt het de hoogste tijd voor een itempje in DWDD.

    Af en toe behoeft je vocabulaire en begrippenapparaat een firmware-update.

    BeantwoordenVerwijderen