Zwakke-kernkracht-symmetrie?

[mark!]

De W- en Z-bosonen en de neutrino zijn betrokken bij de zwakke kernkracht. De W- en Z-bosonen (de zwakke-kernkracht-dragers) hebben veel massa, maar bij de neutrino is nog nooit massa gemeten, en lijkt het dus niet te hebben, maar zou het volgens wetenschappers wel moeten hebben om compatible te zijn met het feit dat alles in de natuur symmetrisch zou moeten zijn (zie ook 'ijktheorie' oftewel 'gauge theory'). Elektromagnetisme voldoet hier namelijk al aan, en de sterke kernkracht ook, elk deeltje heeft een antideeltje, maar alleen de zwakke kernkracht lijkt dit dus tegen te spreken. Het ligt schijnbaar in de aard van natuurkundige theoretici om te veronderstellen dat ook de zwakke kernkracht dezelfde symmetrie zou moeten hebben, en om die reden is de Higgs boson + Higgs veld in het leven geroepen, zodat het zelfbedachte, getheoretiseerde wiskundige model dus klopt. Deze Higgs boson zou namelijk de symmetrie/pariëteit (die er ogenschijnlijk wel zou moeten zijn) zogenaamd breken. Maar, is dit niet onterecht? Waarom nemen wetenschappers niet gewoon voor lief dat niet alles symmetrisch is? Wel staat op wikipedia bij massa van de neutrino:
 
"≤ 0.120 eV/c² (95% confidence level, sum of 3 flavors)^[1]"
 
De ‘confidence level’ is dus niet 100%. De confidence level van het Higgs boson bedraagt datzelfde percentage, want op Wikipedia staat:
 
"Higgs boson is likely to be less than about 161 GeV/c² at 95% confidence level (this upper limit would increase to 185 GeV/c² if the lower bound of 114.4 GeV/c² from the LEP-2 direct search is allowed for^[96]"
 
Hoe kun je in de wetenschap nou voor 95% iets zeker weten? Wetenschap betekent ‘zeker weten’, niet aannemen en veronderstellen, want dat is filosofie en theorie. Op de Wikipedia's van het foton, het elektron etc. staat er gewoon precies wat de massa is, met een confidence level van 100% dus. Waarom moet het 'alles is symmetrisch'-model zo nodig kloppen? Puur omdat elektromagnetisme en de sterke kernkracht zich (ook) eraan houden? Niet alles is logisch en houdt zich aan de regels van onze natuur, zie donkere materie, dus waarom zou zwakke-kernkracht-symmetrie aannemelijker zijn dan geen symmetrie?

[Michel Uphoff]

Wetenschap betekent ‘zeker weten’, niet aannemen en veronderstellen, want dat is filosofie en theorie.

 
Theorie wel, maar geen filosofie of veronderstellen. Niets in de wetenschap is 100% zeker en dat geldt zeker in de deeltjesfysica. Ook de massa van een elektron is niet 100% zeker de huidige waarde, maar de mogelijke afwijking t.o.v. de huidige waarde zal zeer gering zijn.
 
In de deeltjesfysica heb je te maken met de statistische resultaten van vele tienduizenden, miljoenen metingen. Uit die enorme brij van gegevens komen op een bepaald moment significante afwijkingen, die met een confidence level of sigma worden aangeduid. Sigma 5, zo is de afspraak, is een ontdekking. De kans dat een dergelijke uitkomst op puur toeval berust is dan ruwweg 1: 3,5 miljoen. Het Higgs boson is aangetoond met sigma 7; een kans van 0.0000000001% dat de metingen op toeval berusten. En dus een zekerheid van 99,999999999% dat de gevonden afwijking in de data aan een higgs-achtig deeltje kan worden toegeschreven.
 
Dat het neutrino een massa heeft wordt afgeleid uit het feit dat het van 'smaak' kan veranderen. Volgens de huidige theorievorming kunnen massaloze deeltjes dat niet.
 
Jouw 95% confidence level slaat niet op de zekerheid dat een higgs-achtig deeltje bestaat, maar op de kans dat het met genoemde massa bestaat.
 
Zie ook dit en dit artikel.

[Bladerunner]

Hoe kun je in de wetenschap nou voor 95% iets zeker weten? Wetenschap betekent ‘zeker weten’, niet aannemen en veronderstellen, want dat is filosofie en theorie. Op de Wikipedia's van het foton, het elektron etc. staat er gewoon precies wat de massa is, met een confidence level van 100% dus. Waarom moet het 'alles is symmetrisch'-model zo nodig kloppen? Puur omdat elektromagnetisme en de sterke kernkracht zich (ook) eraan houden? Niet alles is logisch en houdt zich aan de regels van onze natuur, zie donkere materie, dus waarom zou zwakke-kernkracht-symmetrie aannemelijker zijn dan geen symmetrie?

Het blijkt dat reeds in de jaren 50 van de vorige eeuw (1957 om precies te zijn) de basis is gelegd voor de aanname (en latere ontdekking gevolgd door een Nobelprijs) van het juist niet symmetrisch zijn van de zwakke kracht. Dus is het niet zo dat we perse willen dat alles symmetrisch moet zijn. De ontdekking van het Higgs boson (voorgesteld in de jaren 60 dus na de genoemde datum) is om meer dan één reden voorgesteld. En aangezien voordat er over het Higgs boson werd gesproken men al sprak over het niet symmetrisch zijn van de zwakke kracht is de aanname dat het Higgs boson zou moeten bestaan niet zomaar uit de lucht gegrepen.
Zo verklaard het Higgs boson niet alleen symmetrie breking maar verklaard het ook waarom juist sommige fundamentele deeltjes massa hebben terwijl ze volgens hun symmetrische eigenschappen juist massaloos zouden moeten zijn. Ook zou het Higgs boson verklaren waarom de zwakke kracht een erg kort bereik heeft.
 
Verder zijn alle zaken die we nu 'zeker weten' (of anders gezegd: 'absoluut geen aanwijzing dat het anders is') allemaal ooit met aannames c.q. hypothesen (synoniem met elkaar) begonnen. Want hoe kun je iets gelijk zeker weten als je nog niet in staat bent een experiment uit te voeren gebaseerd op je aanname? Ooit dachten we waarschijnlijk dat b.v. bliksem door een kwade god werd veroorzaakt, maar toen de mens daar afstand van nam en dus aannam dat het dan iets anders moest zijn ontdekte we op een gegeven moment het begrip elektriciteit en zaken zoals positieve of negatieve lading.
 
De wetenschap hangt juist aan elkaar van oorspronkelijke aannames (en later door experimenten ondersteunde bewijzen) die bij elkaar opgeteld een zekerheid geven die op zijn minst zeer moeilijk te ontkrachten is. Neem b.v. het elektron dat al via experimenten in 1897 is ontdekt en rond 1840 gepostuleerd om bepaalde verschijnselen te kunnen verklaren. Feitelijk waren het overigens de oude Grieken die de mens naast bliksem voor het eerst kennis lieten maken met (statische) elektriciteit al wisten ze natuurlijk niet wat dat nu eigenlijk precies was.
 
 Als we dan jaren later (rond 1930) de elektronenmicroscoop uitvinden (waarmee je dus precies kunt doen wat voorspeld was) dan hebben we die te danken aan de zoveelste aanname.

[mark!]

Ik kan het wel accepteren dat in de wetenschap iets niet voor de volle 100% zeker is, en alleen 'zeer aannemelijk'. Zo is het ook nog steeds niet bewezen dat er evolutie heeft plaatsgevonden, het blijft een theorie, maar wel een ontzettend aannemelijke theorie. Maar het bestaan van een neutron, de up-quark, de gluon, de pion etc. en hun massa/spin etc. blijkt veel zekerder te zijn. Op Wikipedia lees ik namelijk niets over confidence level bij (de massa van) deze deeltjes. Waarom bij de massa van de neutrino (en de Higgs boson) dan ineens wel? 
 
Het neutrino kan inderdaad van ‘smaak’ veranderen (door oscillatie), maar ik lees ook dat het om die reden inhoudt dat 2 van 3 neutrino’s massa moeten hebben. Niet alle 3 dus. Eentje hoeft dus nog steeds niet per se massa te hebben (zoals o.a. hier omschreven). Neutrino’s mogen dan wel smaak hebben, maar er bestaan in de natuur alleen maar linksdraaiende/linkshandige neutrino’s. Hiervoor is ook nog steeds geen verklaring gegeven (behalve dan als je tevreden bent met een statement als 'The existence of right-handed neutrinos is theoretically well-motivated' ).
 
De deeltjes in onze natuur die massaloos zijnbeperken zich dus tot de foton (elektromagnetisme) en de gluon (sterke kernkracht). De zwakke kernkracht lijkt zich dus, net als donkere materie, totaal anders te gedragen dan de overige (subatomaire) deeltjes. Ook al is de Higgs boson niet alleen vanwege symmetrie-redenen in het leven geroepen, toch blijf ik het niet geheel terecht vinden om een zwakke-kernkracht-deeltje, het neutrino, bij de rest van de groep te laten horen vanwege een wiskundig model, en om die reden maar een Higgsveld/-boson te creëren zodat het model klopt. Dat is wat mij betreft net zoiets als als donkere materie bij normale materie proberen te laten horen. 
 
Volgens het model zouden zwakker-kernkracht-deeltjes, oftewel de W- en Z-bosonen, geen massa moeten hebben. Maar ze hebben dit ogenschijnlijk wèl. Om die reden denk ik dus ook dat, als volgens een vooropgesteld model de neutrino’s massa zouden moeten hebben, dit niet hoeft te kloppen, en ook niet aannemelijker is, want waarom zou alles om ons heen moeten kloppen? Sowieso, als het Higgs-deeltje massa geeft aan materie, wat geeft dan massa aan donkere materie, het "anti-Higgs" deeltje? En aan zwaartekracht zeker het "graviton"? Misschien toch eens een out-of-the-box-blik op het model proberen te werpen.

[Bladerunner]

Het Standaard Model is ontwikkeld aan het begin van de jaren 60 en kreeg zijn (nog steeds) huidige vorm halverwege de jaren 70 toen experimenteel werd aangetoond dat quarks bestaan. Sindsdien heeft dit model enkele deeltjes (en hun eigenschappen) voorspeld en gevonden waardoor het steeds geloofwaardiger werd.
Een aantal deeltjes (elektronen,protonen,neutronen en het muon) waren ruim voordat het model werd opgesteld al ontdekt. Sommige tientallen jaren ervoor en hoewel het neutrino 'pas' in 1956 werd ontdekt was het al in 1930 gepostuleerd.
Het enige wat het standaard model dus 'doet' is een fundament vormen voor het bestaan van deeltjes die al waren ontdekt en richting geven voor nog niet ontdekte deeltjes en met de ontdekking van het door het model voorspelde Higgs boson was ook een van de belangrijkste problemen opgelost. Daarmee kun je stellen dat het model 'kloppend' is gemaakt, maar niet zomaar zonder experimenteel bewijs. De zoektocht naar het Higgs boson was meer dan 45 jaar lang eigenlijk de enige reden om het model in twijfel te trekken en dat we het volhielden zegt wel iets over de overtuiging die de wetenschappers hadden in het model.
 
Het neutrino maakt onderdeel uit van het model, maar je moet niet vergeten dat het model zelf in groepen is verdeeld elk met hun specifieke eigenschappen. En net als dat gewone materie, anti-materie en de mogelijke donkere materie wel allemaal materie is mag je dus best materie in de zelfde groep plaatsen als donkere materie en neutrino's bij hun groep. Wel kun je dan als de eigenschappen van b.v. donkere materie eenmaal bevestigd zijn deze plaatsen in een subgroep want ook dat vindt je in het standaard model. (Fermionen b.v. is een (sub)groep bestaande uit verschillende deeltjes met op bepaalde punten andere eigenschappen.)
Er zijn vooralsnog (als je dat bedoeld) geen redenen om het neutrino een eigen model te geven want het is niet volledig in strijd met het huidige model.
 
En hoewel het model niet alles verklaard (een 'donker' deeltje, neutrino oscillaties en zwaartekracht c.q. het graviton zijn er niet in opgenomen) terwijl fundamenteel de juistheid experimenteel is onderbouwd is het momenteel het enige waar we mee kunnen werken.
Het is dus niet zo dat we naar b.v. het Higgs boson gingen zoeken om het model perse 'kloppend' te maken maar omdat het model aanleiding gaf er naar te zoeken.
(Net als dat onverklaarbare bewegingen van sterrenstelsel ons aanleiding gaf naar donkere materie te gaan zoeken).
 
Het Higgs deeltje geeft massa aan bepaalde fundamentele deeltjes (niet aan alle deeltjes) en als zodanig kan het ook massa geven aan donkere materie want het Higgs boson heeft zelf een (elektrische en kleur) lading van nul. Er bestaat dus geen anti-Higgs deeltje. (M.a.w: het geeft ook massa aan anti-materie).
 
Nu kun je wel out-of-the-box gaan denken, maar dan zul je als jou hypothese botst met het model eerst experimenteel moeten aantonen dat het model onjuistheden bevat.

[Bladerunner]

"Zo is het ook nog steeds niet bewezen dat er evolutie heeft plaatsgevonden"
 
Echt?
De evolutie theorie is de best onderbouwde theorie uit de wereld van de wetenschap en wordt allang niet meer als een theorie beschouwd. Er zijn namelijk genoeg bewijzen (vondsten van botten/fossielen b.v.) die ons een beeld geven van de evolutie van dieren en onszelf.
 
Een bekend voorbeeld van evolutie door natuurlijke omstandigheden is b.v. de z.g.n. blinde grotten vis. Een vissoort die direct terug te leiden is tot soortgenoten die wel kunnen zien maar die de functie van zijn ogen verloor door het ontbreken van licht.

[mark!]

En net als dat gewone materie, anti-materie en de mogelijke donkere materie wel allemaal materie is mag je dus best materie in de zelfde groep plaatsen als donkere materie en neutrino's bij hun groep. 

 
Het is nog niet bewezen dat donkere materie bij de gewone materie hoort, dus dit "mag" volgens mij niet hoor.

[Bladerunner]

Het is eigenlijk nog niet eens echt bewezen (het is nog steeds hypothetisch) dat donkere materie überhaupt bestaat.
Maar los daarvan gaat men er dus vanuit dat het een vorm van materie is. (Vandaar de naamgeving) Dus mochten we ooit bewijs van het bestaan vinden en mocht het ook 'echte' materie zijn met de daarbij horende eigenschappen dan zal het waarschijnlijk mits die eigenschappen te veel verschillen in de zelfde groep komen als gewone materie en anti-materie. (anti-materie b.v. heeft verder exact de zelfde scheikundige eigenschappen als gewone materie). En zo niet dan komt donkere materie in een sub-groep terecht van materie in het algemeen. Tenzij het natuurlijk helemaal geen materie blijkt te zijn maar losse deeltjes die we b.v. nog niet ontdekt hebben of exotisch zijn.
 
De reden dat men over donkere materie spreekt heeft te maken met het feit dat de onverklaarbare bewegingen van (en binnen) sterrenstelsels alleen verklaart kan worden door iets dat voldoende effecten heeft op die sterrenstelsels en dat kan alleen materie zijn omdat (zwaarte)krachten veroorzaakt door iets anders dan materie veel te zwak zijn of een kort bereik hebben.

[mark!]

Waarom het aannemelijker is dat donkere materie een vorm van materie zou zijn in plaats van bijvoorbeeld een vorm van zwaartekracht (en aansluitend dus het zwakke-kernkracht-issue dat ik aan de kaak stelde) is mij nog niet geheel duidelijk, maar in ieder geval bedankt voor je uitgebreide reactie!