Protonen en neutronen splitsen in afzonderlijke quarks

[Anonymous]

Het atoom kan men al splitsen in afzonderlijke neutronen en protonen. Ik vraag mij echter af: is het mogelijke protonen en neutronen te splijten in afzonderlijke quarks? En zoja, hoe??

[Elmo]

Nee, dat kan niet. Losse quarks komen niet voor in de natuur, ze komen altijd in setjes van 2 of 3 quarks voor (*). Dit komt door de zogenoemde

"asymptotische vrijheid": als je harder en harder aan twee quarks 'trekt', dan geef je die twee quarks dus steeds meer energie. Die energie wordt op een gegeven moment gebruikt om een nieuw setje quarks te maken:



Hier zie je dus twee quarks (een charm en een anti-charm) die zoveel energie krijgen dat ze een extra set quarks maken.

De reden dat deze quarks niet los voorkomen, is de "kleurlading" van quarks.

LEUK LINKJE

(*) Met veel moeite kunnen wetenschappers tegenwoordig ook gebonden toestanden maken met 4 of 5 quarks erin, maar deze deeltjes bestaan maar zeer kort.

[Anonymous]

Losse quarks komen niet voor in de natuur, ze komen altijd in setjes van 2 of 3 quarks voor (*).

En die setjes van 2 of 3 quarks, zijn dat dan protonen en neutronen? Ik dacht eens te hebben gelezen over mesonen, deeltjes bestaand uit een quark en een antiquark.

[Elmo]

Drie quarks samen vormen een zogenaamd hadron. Een hadron is niets anders dan een gebonden toestand van 3 quarks. Als je 2 up-quarks en 1 down-quark aan elkaar bind, dan heb je een proton. Als je 2 down-quarks en 1 up-quark aan elkaar bind, dan heb je een neutron. Door andere kombinaties van drie quarks (of 3 anti-quarks) te maken, kan je ook andere hadronen maken, maar die zijn verder allemaal kunstmatig en komen in de normale natuur niet voor.

Twee quarks samen vormen een zogenaamd meson. Een meson is niets anders dan een gebonden toestand van 1 quark en 1 anti-quark. De bekenste voorbeelden zijn de pi-mesonen (up & anti-down) en het J/psi deeltje (charm & anti-charm). Ook hier kan je allerlei andere deeltjes maken, maar die komen in de normale natuur ook niet voor.

Overigens: je kan dus niet een gebonden toestand maken van 2 quarks en 1 anti-quark of van 2 quarks. Alleen 3 quarks samen, 3 anti-quarks samen, of 1 quark en 1 anti-quark kunnen bestaan (*). De reden hiervoor is dat quarks een zogenaamde kleurlading hebben, en alle bestaande deeltjes moeten kleurneutraal zijn (kleur + anti-kleur = 0). Dat is dus ook de achterliggende reden waarom losse quarks niet voorkomen. Voor meer informatie: lees mijn bovenstaande link maar eens.

(*) Zie voetnoot boven.

[Anonymous]

Ik heb eens ergens gelezen dat bij extreem hoge temperaturen protonen en neutronen veranderen in mesonen. Klopt dat? En bij welke temperatuur is dat dan?

[Elmo]

Ik weet het niet, het is niet iets dat ik al eerder heb gehoord. Op zich zijn protonen behoorlijk stabiel, dus ik zie zo'n ding niet snel uit elkaar vallen.

Bij heeeeeel erg hoge temperaturen (>10^10 graden) heb je in theorie wel de fase-overgang naar een zogenaamd quark-gluon plasma: dan zijn de losse quarks bijna vrij en heb je een enorm hete soep met quarks en gluonen (de krachtdeeltjes die quarks in een gebonden toestand moeten houden). De quarks veranderen dan zo snel van partner, dat ze effectief vrij zijn. Maar goed, dit komt alleen bij zo absurd hoge temperaturen voor, dat tot op heden het nog steeds niet experimenteel vastgesteld is of deze toestand eigenlijk wel bestaat (ik denk van wel).