Quarks en gluonen van waar komen ze en hoe gedragen ze zich?

[kotje]

Als ik het goed begrijp is het kleinste dat er bestaat in een atoom de quarks en de gluons. Uit wat zijn deze elementen opgebouwt (van waar komt hun materie?) en wat is hun relatie en doel?

Goed er zijn een bepaald aantal elementaire deeltjes en die oefenen op elkaar krachten uit door deeltjes uit te wisselen (hier quarks en gluonen en ook electronen en fotonen,...).

Maar ik meen dat de auteur van deze topic, zoals ik trouwens ook, zou willen weten uit welke stof die elementaire deeltjes en krachtoverbrengers gemaakt zijn. Als men dit weet, kent men misschien de stof(fen) waaruit het heelal gemaakt is. Maar ik heb zo de indruk dat de meeste natuurkundigen die vraag als onzin bestempelen en stoppen bij elementaire deeltjes zoals de godsdiensten stoppen bij God en denken dat hiermee alles verklaard is.

[EvilBro]

Maar ik meen dat de auteur van deze topic, zoals ik trouwens ook, zou willen weten uit welke stof die elementaire deeltjes en krachtoverbrengers gemaakt zijn.

De vraag is op zich prima, maar ik snap de motivatie voor de vraag niet zo goed. Stel dat we ontdekken dat alle materie uit het hypothetische banjokazooie-materie bestaat, ga je je dan niet gewoon afvragen waaruit die materie bestaat? Is het niet principieel onmogelijk om de vraag die hier daadwerkelijk gesteld wordt wetenschappelijk te beantwoorden?

[Phys]

Bovendien heten ze niet voor niets elementaire deeltjes.

[eendavid]

Het concept is als volgt: we beschouwen een deeltje als elementair zolang geen aanduidingen zijn voor een interne structuur. Deze aanduidingen kunnen uit verstrooiing volgen (bij hoge energieën wordt verstrooid aan 1 individueel subdeeltje, waardoor verstrooiing aan het samengestelde deeltje niet elastisch is), of uit aangeslagen toestanden. Als je wat googlet zie je dat er zo'n 30 jaar geleden even gedacht werd een substructuur van de quarks te hebben gevonden (hier), maar dat bleek loos alarm (bijvoorbeeld hier).

Er lijkt onder niet-fysici een geloof te bestaan dat de deeltjes uit een substructuur moeten bestaan. Dit is fout. Er is geen inconsistentie in een theorie die elementaire deeltjes vooropstelt, daaruit de gebonden toestanden (hadronen-kernen-aromen-moleculen) en spectra voorspelt (voorlopig lukt dit niet door gewoon met QCD te starten, omdat de vergelijkingen moeilijk op te lossen zijn). De vraag of er een substructuur bestaat is perfect wetenschappelijk, en het antwoord is: 'Voorlopig zijn hier geen aanwijzingen voor'. Ik vermoed dat de oorsprong van de idee ligt in de verhaaltjes die dieper inzoomen op de kern, en stoppen bij de quarks en de gluonen, waarbij men opmerkt: waarom geen substructuur hiervan? (ik vermoed dat dit de oorzaak is omdat de vraag nooit opduikt voor elektronen, en als ze voor bosonen optreedt dan alleen voor de gluonen)

Dus even heel duidelijk: het is niet zo dat wetenschappers een heilig geloof hebben dat er geen quarksubstructuur is, het is zo dat daar voorlopig geen aanwijzingen voor zijn. Naarmate we hogere energiën kunnen bereiken in de deeltjesversnellers, of vorderingen maken in studies van kosmische straling, zal misschien een substructuur ontdekt worden, misschien niet. Voorlopig is het mogelijk om de quarksdeeltjes als elementair te behandelen, net zoals dat mogelijk is bij elektronen (uiteraard geeft hun lading aanleiding tot een wolk virtuele deeltjes). Dat is ook behoorlijk elegant: de wetten van QCD zijn compact en esthetisch (zij het onoplosbaar).

[kotje]

Ik had zo'n antwoorden verwacht. Nieuwe substructuur, nieuwe elementaire deeltjes en de wetenschap denkt dat ze aan het einde van de reis gekomen is, toch zal meen ik de oneindige regressie nooit eindigen (ik denk hierbij aan de hypothetische snaartheorie, die al veel verder staat in die reis).

Ik vind het persoonlijk erg dat we altijd uitkomen op die oneindige regressie als we de vragen stellen: Vanwaar?, Hoe?, Waarom?. Komt dit misschien omdat we zo'n vragen niet op de juiste manier benaderen en onze hersenen niet gemaakt zijn om zo'n vragen te beantwoorden. Ik persoonlijk vind het erg en oneerlijk van de natuur van een wezen in het heelal te zetten, die wel de vragen kan stellen maar ze waarschijnlijk nooit zal kunnen beantwoorden. Dit was een stukje filosofie in de natuurkunde om aan te tonen dat we er nooit zullen komen. Dat wil niet zeggen dat we het niet mogen proberen.

[eendavid]

toch zal meen ik de oneindige regressie nooit eindigen.

Ik vraag me af of het veel zin heeft dergelijke niet-onderbouwde opmerkingen te proberen uitdragen.

Veronderstel eens dat er een echte achterliggende werkelijkheid bestaat (wat je al deed in je voorgaande posts), en dat het daarin waar is dat quarks elementaire deeltjes zijn. Dan is het niet de natuur die ons (of liever jou, ik vind het goed dat de natuur ons uitdagingen biedt) onrecht aandoet, maar ben jij het die met je opmerking de natuur onrecht aandoet. Maar goed, misschien kunnen we nu terugkeren naar de fysica?

[Buyck Ruben]

Materie uit het niets... waarbij massa zou kunnen ontstaan uit golven of velden met een bepaalde invloed die massa kunnen doen ontstaan door een interactie met elkaar. Het is wat in het verre filosoferen of fantaseren maar materie moet toch van ergens komen?

De snaar of stringtheorie vind ik best wel boeiend en een boeiende weg naar meer antwoorden zoals ook een stukje over...

Supersymmetrie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Supersymmetrie, dikwijls afgekort SUSY is een theorie in de theoretische natuurkunde, die op het moment geldt als een van de meest kansrijke uitbreidingen van het standaardmodel voor elementaire deeltjes.

In supersymmetrie heeft ieder elementair deeltje een zogenaamde supersymmetrische partner. De partner van een boson is een fermion, en dat van een fermion is een boson.

De LSP (Lightest Supersymmetric Partner) is het lichtste van de supersymmetrische deeltjes die aan het systeem moeten worden toegevoegd. Deze LSP geldt als een belangrijke kandidaat voor de identiteit van de donkere materie: In tegenstelling tot de andere supersymmetrische deeltjes kan het niet spontaan vervallen (daarbij zouden weer nieuwe supersymmetrische deeltjes worden gevormd), en het heeft behalve door zijn massa mogelijk geen of bijna geen interactie met de ons bekende materie.

[eendavid]

We zijn nu wel een beetje vanalles door elkaar aan het slaan.

A. Bestaan quarks uit kleinere deeltjes? Zie boven.

B. Vanwaar komt massa? Antwoord: google higgs mechanism. Door koppelen van ijkbosonen aan velden waarvan de toestand niet invariant is onder de symmetriegroep van de lagrangiaan kunnen de ijkbosonen massa krijgen. Een mooi resultaat, en een erg interessant onderwerp dat een topic op zich waard is. (ik hoop dat kotje dan niet afkomt met de vraag: waaruit bestaat dit Higgsveld dan)

C. Wat is supersymmetrie? Wat lost het op? Waarom is het zo populair? Een erg interessant onderwerp dat een topic op zich waard is.

D. Wat is snaartheorie? Bevalt het me? Misschien kunnen we daarvoor hier aansluiten.

Allemaal erg interessant, maar als we een beetje efficient informatie willen uitwisselen kunnen we beter wat gestructureerder te werk gaan (de vragen zijn niet rechstreeks aan mekaar gerelateerd). Ik stel dus voor dat als iemand één van de onderwerpen wil bespreken, dat hij dan voor B-C een nieuw topic opent, voor A hier verder gaat, voor D aansluit op de bijgevoegd link.

[kotje]

eendavid schreef:

(ik hoop dat kotje dan niet afkomt met de vraag: waaruit bestaat dit Higgsveld dan)

Ik meen dat in de hypothetische theorie van Higgs het gaat over scalaire higgsveld(en) die overal in het heelal aanwezig zijn en de elementaire deeltjes massa zouden geven. Ondertussen meen ik niet dat een van die deeltjes, die aan die velden gekoppeld zijn experimenteel gevonden zijn.

Het is geen verwijt, maar ik weet uit ervaring, dat zeker een oudere wetenschapper niet graag heeft dat men iets beweert dat in zijn theorieën, die hij aanhangt niet past. Wat doet men in de natuurkunde: men maakt een abstractie van de realiteit, waarbij men zich concentreert op een aantal aspecten van een gegeven fenomeen en men laat het andere buiten beschouwing. Wiskundig gaat men dan deze abstracties manipuleren, waarbij men dan tot bepaalde resultaten komt. Nu moet men echter terug naar de realiteit om die resultaten te testen.Wel nooit zal de wiskunde de realiteit volledig vatten omdat ze bij de abstractie bepaalde ( misschien oneindig veel) aspecten achterwege hebben gelaten.

Voor de rest geef ik eendavid gelijk. Omdat ik meende dat in de topic van Buyck Ruben geen aandacht werd besteed aan zijn vraag uit welke stof de elementaire deeltjes zijn gemaakt en dit voor mij ook een probleem is, heb ik miijn vraag gesteld. Ik meen dat die vraag mag gesteld worden, ze zal toch niemand schade toebrengen.

[Buyck Ruben]

We zijn nu wel een beetje vanalles door elkaar aan het slaan.

A. Bestaan quarks uit kleinere deeltjes? Zie boven.

B. Vanwaar komt massa? Antwoord: google higgs mechanism. Door koppelen van ijkbosonen aan velden waarvan de toestand niet invariant is onder de symmetriegroep van de lagrangiaan kunnen de ijkbosonen massa krijgen. Een mooi resultaat, en een erg interessant onderwerp dat een topic op zich waard is. (ik hoop dat kotje dan niet afkomt met de vraag: waaruit bestaat dit Higgsveld dan)

C. Wat is supersymmetrie? Wat lost het op? Waarom is het zo populair? Een erg interessant onderwerp dat een topic op zich waard is.

D. Wat is snaartheorie? Bevalt het me? Misschien kunnen we daarvoor hier aansluiten.

Allemaal erg interessant, maar als we een beetje efficient informatie willen uitwisselen kunnen we beter wat gestructureerder te werk gaan (de vragen zijn niet rechstreeks aan mekaar gerelateerd). Ik stel dus voor dat als iemand één van de onderwerpen wil bespreken, dat hij dan voor B-C een nieuw topic opent, voor A hier verder gaat, voor D aansluit op de bijgevoegd link.

Wilde gewoon het één en het ander in verband of in relatie brengen, niet meer niet min. Omdat ik meen te geloven dat alles tenslotte in zeker mate in verband staat met elkaar. Nu wat u voorstelt... om andere topics te beginnen wel ik denk dat ik de aanzet gegeven heb.

[eendavid]

Omdat ik meen te geloven dat alles tenslotte in zeker mate in verband staat met elkaar.

Als je wil uitleggen waarom een substructuur van de quarks volgt uit het Higgs-mechanisme of uit supersymmetrie (of met de implicatie andersom), graag. Dan heb ik ergens een punt gemist, en ik kijk er naar uit daar op gewezen te worden.

Wat ik probeerde te zeggen is dat deze volgens mijn begrip niets met elkaar te maken hebben. In dat geval is het beter dat we de onderwerpen apart bespreken: zo raakt iedereen het verste. Ik zie het niet zitten om hier dieper in te gaan op zaken als het Higgs mechanisme en supersymmetrie, omdat op het einde van het verhaal niemand nog weet wat waarmee samenhangt, en omdat bezoekers van de site zo moeilijker aan deze informatie komen. Anders zouden de beheerders van de site even goed 1 groot wetenschapstopic kunnen organiseren.

edit: zie ook hier en hier

[Buyck Ruben]

Als je wil uitleggen waarom een substructuur van de quarks volgt uit het Higgs-mechanisme of uit supersymmetrie (of met de implicatie andersom), graag. Dan heb ik ergens een punt gemist, en ik kijk er naar uit daar op gewezen te worden.

Wat ik probeerde te zeggen is dat deze volgens mijn begrip niets met elkaar te maken hebben. In dat geval is het beter dat we de onderwerpen apart bespreken: zo raakt iedereen het verste. Ik zie het niet zitten om hier dieper in te gaan op zaken als het Higgs mechanisme en supersymmetrie, omdat op het einde van het verhaal niemand nog weet wat waarmee samenhangt, en omdat bezoekers van de site zo moeilijker aan deze informatie komen. Anders zouden de beheerders van de site even goed 1 groot wetenschapstopic kunnen organiseren.

edit: zie ook hier en hier

Bosonen zijn:

de deeltjes die samenhangen met de vier fundamentele natuurkrachten:

Voor het elektromagnetisme het foton

Voor de zwakke kernkracht het W-boson en het Z-boson

Voor de sterke kernkracht het gluon

Voor de zwaartekracht het (nog niet aangetoonde) graviton

samengestelde deeltjes met een even aantal fermionen, bij voorbeeld mesonen.

Een bijzonder boson is het Higgs-boson.

Nu dat weten jullie allemaal... wilde gewoon even alles duiden. De diepere relatie is wel zichtbaar dat naast de bestaand elementaire deeltjes nog andere achterliggende (welliswaar theoretische stellingen... niet echt bewezen) netwerken of structuren kunnen aanwezig zijn.

Het Higgs-boson is zeer fundamenteel: het moet bestaan om het standaardmodel van de deeltjesfysica kloppend te maken. Het zijn dragers van het Higgsveld, dat in het hele universum aanwezig is. Door de Higgs-bosonen krijgen alle andere deeltjes massa. Ze zijn echter nog nooit waargenomen.

Volgens sommige nieuwe theorieën, in het bijzonder supersymmetrie, zou er niet één soort Higgs-boson, maar een familie van verschillende Higgs-bosonen bestaan.

Een Higgs-boson zal, indien het blijkt te bestaan, spin 0 hebben en zal vervallen via kanalen die goed voorspelbaar zijn.

...

Hoewel het bestaan van dit deeltje tot op heden nog niet rechtstreeks aan de hand van experimenten in deeltjesversnellers kon worden aangetoond, wordt het Higgs mechanisme niettemin algemeen aanvaard als een belangrijk ingrediënt van het zogenaamde Standaardmodel in de deeltjesfysica.

Bron: Wikipedia.

Ik denk dat er achter de elementaire deeltjes die we nu kennen, nog achterliggende systemen kunnen zitten. Alhoewel dat ze sterk speculatief van aard zijn juist zoals de snaar en supersymmetrie. Maar zoals gezegd hier niet meer verder op zullen doorgaan.

En om misschien nog wat meer te duiden wat u eigenlijk meer wil weten over quarks en gluonen... en de diepere relatie.

hier een vette kluif.

PDF file: b]Relativistische quarkmodellen voor baryonen[/b]

http://inwpent5.ugent.be/papers/thesis_tamara.pdf

of beide wijze van herhaling (voor sommigen)

MATERIE EN UNIVERSUM

Wie het kleine niet eert . . . PDF: http://www.nat.vu.nl/~mulders/quarks2.pdf

[eendavid]

Ik begrijp het niet. We hebben

a) het Higgs mechanisme, dat massa genereert voor de bosonen van een spontaan gebroken interactieveld.

b) eventueel supersymmetrie wat ons na toepassing op een Higgs veld (in het bijzonder het Higgs veld dat verantwoordelijk is voor spontane breking van elektrozwakke wisselwerking) vertelt dat er supersymmetrische partners moeten zijn van dit Higgs veld.

Nu blijft mijn vraag: wat heeft dit te maken met samenstellende deeltjes van de quarks? Niet dat ik het niet interessant vind (SUSY niet zo, maar dat terzijde) trouwens.

Ik heb overigens nog een opmerking, maar ik vrees dat deze ons verder off topic voeren.

Bosonen zijn niet de deeltjes die samenhangen met krachten. Wat wel correct is: de deeltjes die de natuurkrachten propageren zijn bosonen.

[Buyck Ruben]

Ik begrijp het niet. We hebben

a) het Higgs mechanisme, dat massa genereert voor de bosonen van een spontaan gebroken interactieveld.

b) eventueel supersymmetrie wat ons na toepassing op een Higgs veld (in het bijzonder het Higgs veld dat verantwoordelijk is voor spontane breking van elektrozwakke wisselwerking) vertelt dat er supersymmetrische partners moeten zijn van dit Higgs veld.

Nu blijft mijn vraag: wat heeft dit te maken met samenstellende deeltjes van het quarks? Niet dat ik het niet interessant vind (SUSY niet zo, maar dat terzijde) trouwens.

Om rechtuit te zijn, kunnen we nog niet echt duiden wat precies de samenstellende deeltjes van qaurks zijn. Wil de achterliggende systemen of krachten daarmee in relatie te brengen. Maar deze zijn allemaal theoretisch van aard en hypothetisch.

Er zijn verschillende piste's ik voorgaande genoemd heb, de kunst is om een allesomvattende theorie of stelling uit te werken daarover. Velen zijn terug op zoek de dingen terug met elkaar te verenigen. Dus... het is momenteel vissen naar de subsystemen.

[Buyck Ruben]

Een prachtige afbeelding die alles duidelijk maakt!



De huidige theorie over de bouwstenen van alles is het Standaard Model