onderzoekende geesten

de wetenschap van materie, ruimte en tijd

hoofdpagina / waar is de wereld van gemaakt? / hoe de kleinste deeltjes te vinden
wat te verwachten in de toekomst | waarom wetenschap ondersteunen | standaardmodel ontdekkingen

waar is de wereld van gemaakt?

De bouwstenen

natuurkundigen hebben 12 bouwstenen geïdentificeerd die de fundamentele bestanddelen van materie zijn., Onze wereld van alledag bestaat uit slechts drie van deze bouwstenen: de Quark omhoog, de quark omlaag en het elektron. Deze verzameling deeltjes is alles wat nodig is om protonen en neutronen te maken en atomen en moleculen te vormen. Het elektron neutrino, waargenomen in het verval van andere deeltjes, voltooit de eerste set van vier bouwstenen.

de bouwstenen van materie: zes quarks en zes leptonen.,

om de een of andere reden heeft de natuur ervoor gekozen om deze eerste generatie quarks en leptonen te repliceren om in totaal zes quarks en zes leptonen te produceren, met toenemende massa. Zoals alle quarks is de zesde quark, top genaamd, veel kleiner dan een proton (in feite weet niemand hoe klein quarks zijn), maar de top is zo zwaar als een goudatoom!

hoewel er redenen zijn om aan te nemen dat er geen groepen quarks en leptonen meer bestaan, speculeren theoretici dat er mogelijk andere soorten bouwstenen zijn, die gedeeltelijk verantwoordelijk kunnen zijn voor de donkere materie die door astrofysische waarnemingen wordt geïmpliceerd., Deze slecht begrepen materie oefent zwaartekracht uit en manipuleert sterrenstelsels. Er zullen op aarde gebaseerde versneller experimenten nodig zijn om de stof te identificeren.

de bouwstenen van de natuur (video, 6 min.)

De krachten

wetenschappers onderscheiden vier elementaire soorten krachten die tussen deeltjes werken: sterke, zwakke, elektromagnetische en gravitatiekracht.

• De sterke kracht zorgt ervoor dat quarks aan elkaar “plakken” om protonen, neutronen en verwante deeltjes te vormen., de elektromagnetische kracht bindt elektronen aan atoomkernen (clusters van protonen en neutronen) om atomen te vormen.
• de zwakke kracht vergemakkelijkt het verval van zware deeltjes in kleinere broertjes en zusjes.
• de zwaartekracht werkt tussen massieve objecten. Hoewel het geen rol speelt op microscopisch niveau, is het de dominante kracht in ons dagelijks leven en in het hele universum.

deeltjes zenden krachten tussen elkaar door het uitwisselen van krachtdragende deeltjes, bosonen genaamd., Deze krachtbemiddelaars dragen discrete hoeveelheden energie, genaamd quanta, van het ene deeltje naar het andere. Je zou kunnen denken aan de energieoverdracht door Boson uitwisseling als iets als het passeren van een basketbal tussen twee spelers.

elke kracht heeft zijn eigen karakteristieke bosonen:

• het gluon bemiddelt de sterke kracht; het” kleeft ” quarks aan elkaar.
• het foton draagt de elektromagnetische kracht; het zendt ook licht uit.
• De W-en Z-bosonen vertegenwoordigen de zwakke kracht; zij introduceren verschillende soorten verval.,

natuurkundigen verwachten dat de gravitatiekracht ook geassocieerd kan zijn met een bosondeeltje. Dit hypothetische boson, het graviton genoemd, is uiterst moeilijk waar te nemen, omdat op subatomair niveau de gravitatiekracht vele ordes van grootte zwakker is dan de andere drie elementaire krachten.

tabel van deeltjesontdekkingen: wie, wanneer, waar?

antimaterie

hoewel antimaterie een hoofdbestanddeel is van sciencefiction, is antimaterie zo echt als materie. Voor elk deeltje hebben natuurkundigen een overeenkomstig antideeltje ontdekt, dat er bijna op dezelfde manier uitziet en zich gedraagt., Antideeltjes hebben echter de tegenovergestelde eigenschappen van hun overeenkomstige deeltjes. Een antiproton, bijvoorbeeld, heeft een negatieve elektrische lading terwijl een proton positief geladen is.

minder dan 10 jaar geleden creëerden natuurkundigen van CERN (1995) en Fermilab (1996) de eerste anti-atomen. Om meer te leren over de eigenschappen van de “spiegelwereld”, voegden ze zorgvuldig een positron (het antideeltje van een elektron) toe aan een antiproton. Het resultaat: antiwaterstof.

het opslaan van antimaterie is een moeilijke taak., Zodra een antideeltje en een deeltje elkaar ontmoeten, vernietigen ze en verdwijnen in een flits van energie. Met behulp van elektromagnetische krachtvelden, kunnen natuurkundigen antimaterie opslaan in vacuümvaten voor een beperkte tijd.

het standaardmodel

het standaardmodel verklaart de complexe wisselwerking tussen krachtdragers en bouwstenen.,

natuurkundigen noemen het theoretische raamwerk dat de interacties beschrijft tussen elementaire bouwstenen (quarks en leptonen) en de krachtdragers (bosonen) het standaardmodel. Zwaartekracht maakt nog geen deel uit van dit raamwerk, en een centrale vraag van de deeltjesfysica van de 21e eeuw is de zoektocht naar een kwantumformulering van zwaartekracht die in het standaardmodel kan worden opgenomen.

hoewel het nog steeds een model wordt genoemd, is het standaardmodel een fundamentele en goed geteste natuurkundetheorie., Natuurkundigen gebruiken het om een grote verscheidenheid aan deeltjesinteracties en kwantumfenomenen uit te leggen en te berekenen. Experimenten met hoge precisie hebben herhaaldelijk subtiele effecten geverifieerd die door het standaardmodel zijn voorspeld.

tot nu toe is het grootste succes van het standaardmodel de unificatie van de elektromagnetische en de zwakke krachten in de zogenaamde elektrozwakke kracht. De consolidatie is een mijlpaal vergelijkbaar met de Vereniging van de elektrische en de magnetische krachten in een enkele elektromagnetische theorie door J. C. Maxwell in de 19e eeuw., Natuurkundigen denken dat het mogelijk is om alle krachten te beschrijven met een grote verenigde theorie.

Eén essentieel ingrediënt van het standaardmodel ontsnapt echter nog steeds aan experimentele verificatie: het higgsveld. Het interageert met andere deeltjes om ze massa te geven. Het higgsveld geeft aanleiding tot een nieuwe krachtdrager, genaamd het higgsboson, die niet is waargenomen. Als we dit niet vinden, wordt het standaardmodel in twijfel getrokken. Onderzoekers van Fermilab hopen bewijs te vinden voor het higgsboson en verdere ontdekkingen te doen in de komende jaren.,

diavoorstelling op de bouwstenen van de natuur

alles over neutrino ‘ s, elektronen en licht.

hoe de kleinste deeltjes te vinden

Fermilab ‘ s onderzoek naar elementaire deeltjes