door wnvl1 » ma 25 mei 2026, 18:50
In de fysica bewijst men niet dat iets absoluut bestaat. Men bouwt modellen die natuurverschijnselen zo eenvoudig en zo nauwkeurig mogelijk beschrijven. Wanneer een model met weinig aannames zeer veel experimenten correct voorspelt, krijgt het een sterke geloofwaardigheid.
Men is dus niet begonnen met de zekerheid dat quarks werkelijk bestaan. Men stelde het quarkmodel oorspronkelijk voor omdat men merkte dat de vele ontdekte hadronen duidelijke patronen vertoonden. Protonen, neutronen en vele andere deeltjes konden in families worden ondergebracht met vaste verbanden tussen lading, spin en massa. Het leek alsof deze deeltjes opgebouwd waren uit eenvoudigere bouwstenen. Het quarkmodel van Murray Gell-Mann gaf een opmerkelijk eenvoudige verklaring voor die patronen.
De grote moeilijkheid was inderdaad dat vrije quarks nooit werden waargenomen. Daarom vroegen veel natuurkundigen zich aanvankelijk af of quarks wel echte fysische objecten waren of slechts een wiskundige truc. Het keerpunt kwam er door experimenten waarbij elektronen met zeer hoge energie op protonen werden geschoten in SLAC National Accelerator Laboratory. Uit de manier waarop de elektronen werden verstrooid, bleek dat protonen geen homogene bolletjes zijn, maar interne zeer kleine puntachtige componenten bevatten. Die interne componenten werden eerst “partons” genoemd. Later bleek dat hun eigenschappen precies overeenkwamen met wat het quarkmodel voorspelde.
Men heeft dus geen vrije quarks rechtstreeks gezien zoals men bijvoorbeeld een elektron kan detecteren. Men heeft wel de effecten gezien van objecten binnenin protonen die zich gedragen alsof het quarks zijn. Dat is vergelijkbaar met hoe men vroeger het bestaan van atomen afleidde uit indirecte effecten lang voordat men individuele atomen rechtstreeks kon afbeelden.
De theorie van de sterke wisselwerking, namelijk Quantum Chromodynamics, verklaart vervolgens waarom vrije quarks niet voorkomen. Bij de sterke kracht gebeurt iets ongewoons. Wanneer men quarks verder uit elkaar probeert te trekken, wordt de kracht tussen hen juist groter. Daardoor kost het steeds meer energie om een quark vrij te maken. Op een bepaald moment wordt het energetisch gunstiger om nieuwe quark-antiquarkparen te vormen dan één enkel vrij quark los te maken. Daarom ontstaan bij botsingen altijd nieuwe samengestelde deeltjes in plaats van geïsoleerde quarks.
Het bestaan van quarks wordt vandaag ondersteund door een zeer grote hoeveelheid experimenteel bewijs. Botsingsexperimenten, de vorming van deeltjesjets, spectra van hadronen en vele andere metingen stemmen allemaal overeen met het quarkmodel. Tot nu toe heeft geen enkele alternatieve theorie dezelfde verklarende kracht gehad.
Sommige natuurkundigen speculeren toch nog over diepere bouwstenen, zoals preonen. Dat gebeurt omdat men zich afvraagt waarom er precies zes soorten quarks bestaan en waarom zij precies die massa’s en eigenschappen hebben. Men probeert dus mogelijk nog fundamentelere structuren te vinden. Tot nu toe is er echter geen experimenteel bewijs dat quarks uit kleinere objecten bestaan. Volgens alle huidige metingen gedragen quarks zich als elementaire puntdeeltjes.
In de fysica bewijst men niet dat iets absoluut bestaat. Men bouwt modellen die natuurverschijnselen zo eenvoudig en zo nauwkeurig mogelijk beschrijven. Wanneer een model met weinig aannames zeer veel experimenten correct voorspelt, krijgt het een sterke geloofwaardigheid.
Men is dus niet begonnen met de zekerheid dat quarks werkelijk bestaan. Men stelde het quarkmodel oorspronkelijk voor omdat men merkte dat de vele ontdekte hadronen duidelijke patronen vertoonden. Protonen, neutronen en vele andere deeltjes konden in families worden ondergebracht met vaste verbanden tussen lading, spin en massa. Het leek alsof deze deeltjes opgebouwd waren uit eenvoudigere bouwstenen. Het quarkmodel van Murray Gell-Mann gaf een opmerkelijk eenvoudige verklaring voor die patronen.
De grote moeilijkheid was inderdaad dat vrije quarks nooit werden waargenomen. Daarom vroegen veel natuurkundigen zich aanvankelijk af of quarks wel echte fysische objecten waren of slechts een wiskundige truc. Het keerpunt kwam er door experimenten waarbij elektronen met zeer hoge energie op protonen werden geschoten in SLAC National Accelerator Laboratory. Uit de manier waarop de elektronen werden verstrooid, bleek dat protonen geen homogene bolletjes zijn, maar interne zeer kleine puntachtige componenten bevatten. Die interne componenten werden eerst “partons” genoemd. Later bleek dat hun eigenschappen precies overeenkwamen met wat het quarkmodel voorspelde.
Men heeft dus geen vrije quarks rechtstreeks gezien zoals men bijvoorbeeld een elektron kan detecteren. Men heeft wel de effecten gezien van objecten binnenin protonen die zich gedragen alsof het quarks zijn. Dat is vergelijkbaar met hoe men vroeger het bestaan van atomen afleidde uit indirecte effecten lang voordat men individuele atomen rechtstreeks kon afbeelden.
De theorie van de sterke wisselwerking, namelijk Quantum Chromodynamics, verklaart vervolgens waarom vrije quarks niet voorkomen. Bij de sterke kracht gebeurt iets ongewoons. Wanneer men quarks verder uit elkaar probeert te trekken, wordt de kracht tussen hen juist groter. Daardoor kost het steeds meer energie om een quark vrij te maken. Op een bepaald moment wordt het energetisch gunstiger om nieuwe quark-antiquarkparen te vormen dan één enkel vrij quark los te maken. Daarom ontstaan bij botsingen altijd nieuwe samengestelde deeltjes in plaats van geïsoleerde quarks.
Het bestaan van quarks wordt vandaag ondersteund door een zeer grote hoeveelheid experimenteel bewijs. Botsingsexperimenten, de vorming van deeltjesjets, spectra van hadronen en vele andere metingen stemmen allemaal overeen met het quarkmodel. Tot nu toe heeft geen enkele alternatieve theorie dezelfde verklarende kracht gehad.
Sommige natuurkundigen speculeren toch nog over diepere bouwstenen, zoals preonen. Dat gebeurt omdat men zich afvraagt waarom er precies zes soorten quarks bestaan en waarom zij precies die massa’s en eigenschappen hebben. Men probeert dus mogelijk nog fundamentelere structuren te vinden. Tot nu toe is er echter geen experimenteel bewijs dat quarks uit kleinere objecten bestaan. Volgens alle huidige metingen gedragen quarks zich als elementaire puntdeeltjes.
