Botsing fragmenten bij botsing protonen in LHC

[Regor]

Waar ik mee zit is heel eenvoudig ....... ( ik ging nog niet op zoektocht naar een antwoord).

Bij mijn weten laat men protonen botsen in de LHC om redenen van be-invloedbaarheid.
Blijkbaar heeft men zo al 56 soorten Hadronen "gespot".
Wat is mij afvraag is ...... gaat men er dan van uit dat het proton alle bestaande deeltjes / fragmenten bevat ?
Kunnen vb Neutronen of Electronen soms geen andere deeltjes bevatten die het proton niet heeft ?

[wnvl1]

Nee, men veronderstelt absoluut niet dat het proton alle deeltjes bevat. Protonen zijn gewoon een middel om botsingen met hoge energie te realiseren. Protonen en neutronen zijn zeer gelijkaardig dat zal niet veel verschil maken. Elektronen zijn veel lichter, je gaat niet tot dezelfde botsingsenergie komen als bij protonen door stralingsverliezen die omgekeerd evenredig zijn met de massa tot de vierde macht.

[Regor]

@wnvl1,

Dus is men beperkt in het vinden van nieuwe deeltjes !

[flappelap]

Die onstane deeltjes komen niet uit de protonen, maar uit kwantumvelden.

[Regor]

@Flappelap,

Waw, het is maar hoe men het bekijkt !
Velden zijn "hot" ... weg met de deeltjes !

@wnvl1,

Ok, maar lichtere deeltjes moeten toch ook verhoudingsgewijs niet zoveel botsing energie hebben bij het botsen.
Kleinere / lichtere objecten versplinteren toch bij minder botsing energie dan grotere / zwaardere ?

[wnvl1]

Een elektron is een elementair deeltje en bestaat dus (voor zover we weten) niet uit kleinere onderdelen. Bij botsingen is het idee niet dat je, zoals bij een auto-ongeluk, gewoon een “onderdeel” uit een proton losmaakt. Protonen hebben wel een interne structuur van quarks en gluonen, en het zijn die deeltjes die effectief met elkaar botsen. Tegelijk zorgt de hoge energie van de botsing ervoor dat de onderliggende velden sterk worden geëxciteerd, waardoor nieuwe deeltjes kunnen ontstaan. Wat je waarneemt, is dus een combinatie van de interne bestanddelen van het proton én nieuw gevormde deeltjes, die niet noodzakelijk vooraf in het proton aanwezig waren.

[Regor]

@wnvl1

Dank U,
Is overduidelijk.......... ik vroeg mij al lang af waarom er zoveel sporen te zien waren in de Atlas (en de andere) detector.
1. Is elk spoor het bewijs van neen deeltje .
2.Gaat het bij veel van die sporen n/ deeltjes om gelijksoortige ?
(Ik, weet dat afbuigingen of spiralen typisch zijn voor bepaalde deeltjes).

Het wordt tijd dat ik stop met vragen te stellen, moet vervelend zijn, dit is de laatste in deze topic.

[flappelap]

@Flappelap,

Waw, het is maar hoe men het bekijkt !
Velden zijn "hot" ... weg met de deeltjes !

Ja, kwantumveldentheorie is in de eerste plaats een theorie omtrent velden. De deeltjes zijn daar afgeleiden van. Dat is het resultaat van het samenvoegen van de kwantummechanica en de speciale relativiteitstheorie.

[Regor]

@Flappelap,

U schreef:
"Ja, kwantumveldentheorie is in de eerste plaats een theorie omtrent velden. De deeltjes zijn daar afgeleiden van. Dat is het resultaat van het samenvoegen van de kwantummechanica en de speciale relativiteitstheorie."

1. Dus een "deeltjes - theorie bestaat in feite niet ........ klopt dat ?
2. Kan / wilt U een tipje van de sluier oplichten waarom de speciale relativiteitstheorie daarmee te maken heeft.
3. Is er een wetenschappelijke reden waarom deeltjes maar gekarakteriseerd worden door drie parameters mass, charge and spin ?
(vraag mij niet naar een eventuele vierde parameter .... ik ben helaas geen wetenschapper).

[vijv]

@wnvl1

Dank U,
Is overduidelijk.......... ik vroeg mij al lang af waarom er zoveel sporen te zien waren in de Atlas (en de andere) detector.
1. Is elk spoor het bewijs van neen deeltje .
2.Gaat het bij veel van die sporen n/ deeltjes om gelijksoortige ?
(Ik, weet dat afbuigingen of spiralen typisch zijn voor bepaalde deeltjes).

Het wordt tijd dat ik stop met vragen te stellen, moet vervelend zijn, dit is de laatste in deze topic.

In ATLAS zij n er verschillende lagen van dedectoren rondom het punt van de botsing.
1) Inner Detector (tracker) : meet vooral positie van geladen deeltjes, trajecten (sporen) van deeltjes, de impuls (via kromming in magnetisch veld) en de oorsprong van het deeltje (vertex). het gaat hier voornamelijk om elektrisch geladen deeltjes.
2) Elektromagnetische calorimeter (EMCal): Meet de energie van elektronen, positronen en fotonen.
3) Hadronische calorimeter: Meet energie van hadronen: protonen, neutronen, pionen
4) Muonspectrometer :meet traject en impuls van muonen
5) Magnetisch systeem: meet niet rechtstreeks, maar is essentieel voor impulsmeting en ladingsonderscheid

Ik heb het geluk gehad om enkele jaren geleden het CERN te kunnen bezoeken tijdens de opendeurdagen. Ik ben toen ook ondergronds kunnen gaan en het dedector systeem met eigen ogen te bekijken. Is best indrukwekkend.

Een groot probleem bij deze experimenten is de hoeveelheid data die wordt gegenereerd.
In ATLAS gebeuren ongeveer 40 miljoen botsingen per seconde. Per botsing levert de detector 1–2 MB aan ruwe uitleesdata
Dat betekent een ruwe datastroom van orde 40–80 terabyte per seconde.
Dit is zo veel dat er maar 1 op een miljoen botsingen worden gestockeerd. Het is een computerprogramma dat kiest welk data behouden blijft (de meest intressante).

[flappelap]

@Flappelap,

U schreef:
"Ja, kwantumveldentheorie is in de eerste plaats een theorie omtrent velden. De deeltjes zijn daar afgeleiden van. Dat is het resultaat van het samenvoegen van de kwantummechanica en de speciale relativiteitstheorie."

1. Dus een "deeltjes - theorie bestaat in feite niet ........ klopt dat ?
2. Kan / wilt U een tipje van de sluier oplichten waarom de speciale relativiteitstheorie daarmee te maken heeft.
3. Is er een wetenschappelijke reden waarom deeltjes maar gekarakteriseerd worden door drie parameters mass, charge and spin ?
(vraag mij niet naar een eventuele vierde parameter .... ik ben helaas geen wetenschapper).

1/2 In niet-relativistische theorieën, zoals de oorspronkelijke kwantummechanica met de Schrödingervergelijking, is massa behouden. Dat volgt uit de onderliggende symmetrieën. Dat is de reden waarom we bijvoorbeeld in de scheikunde ook spreken van massabehoud. Dat vertaalt zich naar het feit dat de kans om een deeltje ergens aan te treffen behouden is volgens de Schrödingervergelijking. Deeltjes kunnen dus niet zomaar verdwijnen of verschijnen. Maar relativistisch geldt massabehoud niet; massa is slechts een vorm van energie, en het is deze relativistische energie die behouden is. Dat vertaalt zich naar het feit dat deeltjes kunnen verdwijnen en verschijnen, zolang behoudswetten de bijbehorende processen toelaten. Zo kan onder de juiste omstandigheden een foton overgaan in een positron en elektron.

3 We weten niet waarom deeltjes gekarakteriseerd worden door bepaalde kwantumgetallen; dat zijn labels om met behulp van behoudswetten (die uit symmetrieën volgen) orde in de mogelijke processen aan te brengen. Deeltjes blijken dan in bepaalde "representaties" van de onderliggende symmetrieën te zitten, en die representaties worden gelabeld door de kwantumgetallen. In het simpelste geval van een vrij deeltje wordt een deeltje gelabeld door de spin en de massa; dat zijn de twee labels die een representatie van de onderliggende ruimtetijdsymmetrieën labelen (de Lorentz algebra).

[wnvl1]

3. Is er een wetenschappelijke reden waarom deeltjes maar gekarakteriseerd worden door drie parameters mass, charge and spin ?
(vraag mij niet naar een eventuele vierde parameter .... ik ben helaas geen wetenschapper).

Er zijn wel veel soorten lading. Die komen voort uit interne symmetrieën van de natuurwetten. Het verband tussen symmetrie en behoudswetten wordt gegeven door het Noether-theorema. Dat theorema stelt dat elke continue symmetrie leidt tot een behouden grootheid. Elektrische lading is daar een voorbeeld van, maar hetzelfde geldt voor andere ladingen zoals kleur-lading in de sterke wisselwerking en zwakke ladingen in de zwakke wisselwerking.

[Regor]

@Flappelap,

Dank U,
Is nog aan het "nazinderen" !

@wnvl1,

Dank U,
Heb de ladingen van de quarks altijd moeilijk verteerbaar gevonden.

p.s. Zal mij maar best met alles wat de wetenschap bied neerleggen, en niet meer in vraag stellen.... a never ending story, thanks .

[wnvl1]

Dat is dan ook heel moeilijk.

Op een intuitief niveau kan men quarks beschouwen als deeltjes die een interne eigenschap bezitten die men 'kleur' noemt. Deze kleur heeft drie mogelijke waarden en vormt de bron van de sterke wisselwerking. De interactie tussen quarks wordt gemedieerd door gluonen. In tegenstelling tot bijvoorbeeld fotonen in de elektromagnetische wisselwerking dragen gluonen zelf ook kleur, waardoor zij onderling met elkaar interageren. Dit leidt tot een zeer verschillend gedrag van de kracht. In het bijzonder zorgt dit ervoor dat de kracht tussen quarks niet afneemt bij grotere afstanden, maar zich gedraagt alsof er een spanningsdraad of fluxbuis ontstaat. Wanneer men probeert quarks van elkaar te scheiden, neemt de potentiëele energie toe totdat het energetisch gunstiger wordt om een nieuw quark--antiquarkpaar te cre\"eren. Dit fenomeen staat bekend als confinement. Anderzijds vertonen quarks bij zeer hoge energieën een bijna vrij gedrag, wat men aanduidt als asymptotische vrijheid.

Op een half-wiskundig niveau wordt QCD beschreven als een ijktheorie gebaseerd op de groep \( SU(3) \). Dit betekent dat het quarkveld \( \psi(x) \) lokaal kan worden getransformeerd volgens
\[
\psi(x) \rightarrow U(x)\,\psi(x), \quad U(x) \in SU(3).
\]
Om invariantie onder zulke lokale transformaties te behouden, introduceert men een covariante afgeleide van de vorm
\[
D_\mu = \partial_\mu - i g A_\mu,
\]
waarbij \( g \) de koppelingsconstante is en \( A_\mu \) het gluonveld voorstelt. In QCD bestaat dit gluonveld uit acht componenten, overeenkomend met de acht generatoren van \( SU(3) \). De veldsterktetensor wordt gegeven door
\[
F_{\mu\nu} = \partial_\mu A_\nu - \partial_\nu A_\mu + g [A_\mu, A_\nu].
\]
De aanwezigheid van de commutatorterm \( [A_\mu, A_\nu] \) maakt de theorie niet-lineair en is verantwoordelijk voor de zelfinteracties van de gluonen.

Op het volledig formele niveau wordt QCD samengevat in haar Lagrangiaandichtheid,
\[
\mathcal{L}_{\text{QCD}} =
\bar{\psi}(i\gamma^\mu D_\mu - m)\psi
- \frac{1}{4} F_{\mu\nu}^a F^{\mu\nu}_a.
\]
De eerste term beschrijft de dynamica van de quarkvelden en hun koppeling aan het gluonveld via de covariante afgeleide. De tweede term beschrijft de dynamica van de gluonvelden zelf en bevat impliciet zowel de propagatie van gluonen als hun onderlinge interacties.

De moeilijkheid van QCD ligt in het feit dat deze theorie niet-lineair is door de onderliggende \( SU(3) \)-structuur en de zelfinteracties van de gluonen. Hierdoor zijn de vergelijkingen in het algemeen niet exact oplosbaar, vooral niet in het lage-energiedomein waar confinement optreedt. Dit maakt dat men vaak beroep moet doen op numerieke methoden, zoals roosterberekeningen, om concrete voorspellingen te doen.

[Regor]

@Flappelap, vijv en wnvl ... in alfabetische volgorde.

Hoe kan mensen verdorie zo slim worden ...... ze zenden zomaar twee Voyagers het heelal in ..... ze zullen misschien nog steeds
verder "vliegen" als ze niet botsen ... en nog blijven bestaan als de mensheid al lang verdwenen is.

Toch tantaliseert mijn brein nog steeds (een betje) .
1. Is de zelfinteractie van gluonen zoiets (maar niet gelijkaardig / noch gelijkwaardig) als bij het Higss scalar boson ?
2. Had men de "lading" per definitie 3 x groter gekozen ..... dan waren de ladingen van de quarks "voltallig" en het electron 3 ....klopt dat ?
.