Krachtdragende deeltjes.

[Regor]

Na nog wat artikels gelezen te hebben over "fundamentele deeltjes" ......... vraag ik mij (vol verwondering) het volgende af :

Vooraf:
1. Het hypothetisch Graviton is de krachtdrager van de zwaartekracht ( los van het mogelijke feit dat de zwaartekracht al dan niet een kracht is)... één soort !
2. Het Foton is het krachtdragende deeltje van de elektromagnetische kracht....één soort!
3. Het W Boson +en het W Boson - zijn de krachtdragende deeltjes van de zwakke kernkracht ! .... TWEE soorten !
4 Het Gluon is het krachtdragende deeltje van de sterke kernkracht ......ACHT soorten !

Bedenkingen en vragen.

3 Waarom zijn er (voorlopig) twee soorten W Bosonen ?
Is dat omdat dat wiskundig kan ...... of is dat om de / alle fenomenen van de zwakke kernkracht te kunnen verklaren ?
4. Waarom zijn er (voorlopig) acht soorten Gluonen ....... idem vraagstelling ten opzichte van de sterke kernkracht.
5. Is het correct dat de aantrekkingskracht tussen Gluonen onderling toeneemt met toenemende onderlinge afstand .... zoals bij een veer ?
6. Zelfde vraag voor W bosonen .

[wnvl1]

3 Waarom zijn er (voorlopig) twee soorten W Bosonen ?
Is dat omdat dat wiskundig kan ...... of is dat om de / alle fenomenen van de zwakke kernkracht te kunnen verklaren ?

Moeilijke vraag...


Om te begrijpen waarom er exact twee geladen W-bosonen zijn, moeten we kijken naar de ijktheorie van de elektrozwakke interactie, die gebaseerd is op de ijkgroep \(SU(2)_L \times U(1)_Y\).

De zwakke isospin wordt beschreven door de speciale unitaire groep \(SU(2)\). Dit is een niet-abelse Lie-groep. De dimensie van een Lie-groep (en dus het aantal onafhankelijke ijkvelden of generatoren) wordt gegeven door \(n^2 - 1\). Voor \(SU(2)\) zijn dat dus \(2^2 - 1 = 3\) generatoren.

De drie generatoren komen overeen met de Pauli-matrices \(\tau_i\) (met \(i = 1, 2, 3\)), die voldoen aan de commutatierelatie:

\[[\tau_i, \tau_j] = i \epsilon_{ijk} \tau_k\]

Bij het construeren van de ijkinvariante Lagrangiaan introduceren we voor elke generator een vectorveld \(W_\mu^i\) (\(i = 1, 2, 3\)). De covariante afgeleide die werkt op de links-handige fermion-doubletten (zoals \(\binom{\nu_e}{e}_L\) of \(\binom{u}{d}_L\)) ziet er daardoor als volgt uit:

\[D_\mu = \partial_\mu - i g \sum_{i=1}^3 W_\mu^i T_i - i g' B_\mu Y\]

Hierin zijn \(T_i = \tau_i / 2\) de generatoren van de zwakke isospin, \(B_\mu\) het ijkveld van de \(U(1)_Y\) hyperlading, en \(g, g'\) de koppelingsconstanten.

De velden \(W_\mu^1\) en \(W_\mu^2\) uit de Lagrangiaan zijn reëel en mathematisch gezien lineaire combinaties die de algebra sluiten. Echter, om de transitie te maken naar de fysische processen waarbij kwantumgetallen (zoals elektrische lading) veranderen, definiëren we de ladderoperators binnen de algebra:

\[T^\pm = T_1 \pm i T_2\]

Deze operators verhogen of verlagen de projectie van de zwakke isospin (\(T_3\)) met 1 eenheid. Om deze ladingsveranderende interacties (smaak-veranderingen in het fermionen-octet) correct te koppelen, transformeren we de wiskundige ijkvelden \(W_\mu^1\) en \(W_\mu^2\) naar de complexe lineaire combinaties die we kennen als de fysische W-bosonen:

\[W_\mu^\pm = \frac{1}{\sqrt{2}} (W_\mu^1 \mp i W_\mu^2)\]

Omdat de matrixelementen van deze operators complex geconjugeerden van elkaar zijn, vertegenwoordigt \(W_\mu^+\) het antideeltje van \(W_\mu^-\). De wiskunde van \(SU(2)\) dwingt dus het bestaan af van exact twee van deze ladingsveranderende (geladen) velden.

Het resterende derde component, \(W_\mu^3\), verandert de smaak of lading niet. Dit neutrale veld mengt zich na de spontane symmetriebreking (het Higgs-mechanisme) via de Weinberg-hoek (\(\theta_w\)) met het \(B_\mu\)-veld van \(U(1)_Y\). Dit resulteert in het massieve, neutrale \(Z^0\)-boson en het massaloze foton (\(A_\mu\)) van de kwantumelektrodynamica (\(U(1)_{em}\)):

\[\begin{pmatrix} A_\mu \\ Z_\mu \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \cos\theta_w & \sin\theta_w \\ -\sin\theta_w & \cos\theta_w \end{pmatrix} \begin{pmatrix} B_\mu \\ W_\mu^3 \end{pmatrix}\]

Als we deze wiskunde projecteren op de realiteit, zien we dat de natuur deze structuur opeist om fundamentele behoudswetten te respecteren.

Neem de overgang van een down-quark naar een up-quark (\(\beta^-\)-verval). De verandering in elektrische lading is \(\Delta Q = (+2/3) - (-1/3) = +1\). Omdat de totale elektrische lading in een gesloten systeem behouden moet blijven (een ijksymmetrie op zich, \(U(1)_{em}\)), moet het overdrachtsmechanisme een exacte lading van \(-1\) afvoeren. Dit kan uitsluitend worden gemedieerd door een deeltje met exact die kwantumvector: het \(W^-\)-boson. Voor het omgekeerde proces (\(\beta^+\)-verval) geldt exact het spiegelbeeld, wat de \(W^+\) vereist.

[vijv]

Ik denk dat dit voor de meeste mensen te hoog gegrepen is. Maar ik heb ook geen idee hoe je dit eenvoudiger uitlegt zonder de essentie te verliezen.
Regor, moeten we een poging wagen?

[wnvl1]

Het is ook niet dat ik dat zelf allemaal door en door beheers. Het geeft wel een mooie indicatie hoe complex het in mekaar zit.

Hier een poging om het eenvoudiger voor te stellen zonder te veel te verliezen. Dit gaat zeker beter te begrijpen zijn.
-----------------------

Dit is een intuïtieve maar fysisch correcte vertaling van het elektrozwakke standaardmodel, waarbij de wiskunde achter de ijkgroep \(SU(2)_L \times U(1)_Y\) vertaald wordt naar een ruimtelijke metafoor.

In plaats van direct over de groep \(SU(2)\) te spreken, kun je de zwakke isospin zien als een abstracte driedimensionale ruimte. De wiskunde dicteert dat een symmetrie met 3 dimensies exact drie dragers (ijkbosonen) nodig heeft om de kracht over te brengen. We noemen deze oervelden \(W_\mu^1\), \(W_\mu^2\) en \(W_\mu^3\). Het veld \(W_\mu^3\) wijst netjes langs de verticale as (de z-as), terwijl \(W_\mu^1\) en \(W_\mu^2\) in het horizontale vlak (de x- en y-as) liggen.

De velden \(W_\mu^1\) en \(W_\mu^2\) zoals ze uit de pure theorie rollen, zijn wiskundig reëel en star. Maar in de realiteit zien we dat de zwakke kracht iets unieks doet: het verandert de identiteit (smaak) van deeltjes. Een down-quark verandert in een up-quark. Om die verandering wiskundig te beschrijven, gebruiken we ladderoperators. In plaats van een stap naar links (\(W_\mu^1\)) of een stap naar voren (\(W_\mu^2\)), combineren we die twee bewegingen tot een complexe rotatie of een spiraal omhoog en omlaag. Door \(W_\mu^1\) en \(W_\mu^2\) complex te combineren, creëren we de fysieke deeltjes:
\[ W_\mu^\pm = \frac{1}{\sqrt{2}} (W_\mu^1 \mp i W_\mu^2) \]
Het veld \(W_\mu^+\) (de ladder omhoog) verhoogt de projectie van de zwakke isospin en daarmee de elektrische lading, terwijl het veld \(W_\mu^-\) (de ladder omlaag) de projectie van de zwakke isospin verlaagt. Omdat het horizontale vlak exact twee dimensies heeft, kun je er wiskundig gezien maar exact twee van dit soort onafhankelijke ladders uit halen. Daarom zijn er exact twee geladen W-bosonen: ze zijn elkaars complex geconjugeerde (antideeltje).

Waarom eist de natuur deze structuur op? Vanwege strikte behoudswetten. Kijk naar een neutron dat een proton wordt (\(\beta^-\)-verval). Een down-quark (lading \(-1/3\)) verandert in een up-quark (lading \(+2/3\)). De verandering in elektrische lading is exact \(\Delta Q = (+2/3) - (-1/3) = +1\). Om die totale lading in het universum gelijk te houden vanwege de \(U(1)_{em}\) ijksymmetrie, moet er op dat exacte moment een deeltje ontstaan dat die overtollige negatieve lading wegdraagt. Dit kan uitsluitend worden gemedieerd door een deeltje met exact die kwantumvector: het \(W^-\)-boson. Voor de omgekeerde reactie (\(\beta^+\)-verval) geldt exact het spiegelbeeld, wat de \(W^+\) vereist.

De derde component, \(W_\mu^3\), deed al niet mee aan het veranderen van lading; die stond immers verticaal. Na het Higgs-mechanisme (spontane symmetriebreking) mengt dit neutrale \(W_\mu^3\)-veld zich met het neutrale oerveld \(B_\mu\) van de hyperlading (\(U(1)_Y\)). Die menging via de Weinberg-hoek (\(\theta_w\)) splitst hen op in de twee neutrale deeltjes die we vandaag in experimenten waarnemen:
\[ \begin{pmatrix} A_\mu \\ Z_\mu \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} \cos\theta_w & \sin\theta_w \\ -\sin\theta_w & \cos\theta_w \end{pmatrix} \begin{pmatrix} B_\mu \\ W_\mu^3 \end{pmatrix} \]
Dit resulteert in het massieve, neutrale \(Z^0\)-boson als drager van de zwakke kracht, en het massaloze foton (\(A_\mu\)) als drager van het elektromagnetisme.

Samengevat eist de oer-symmetrie drie velden. Twee daarvan (\(W^1\) en \(W^2\)) moeten samenwerken om de ladders te vormen die ladingen transformeren—dat worden \(W^+\) en \(W^-\)-bosonen. Het derde veld (\(W^3\)) blijft neutraal en vormt, na vermenging met de hyperlading, het \(Z\)-boson en het foton.

[Regor]

@wnvl1,

Dank U,

Natuurlijk zijn dat reacties van U die ook voor mij veel te hoog gegrepen zijn.
Maar het blijft verwonderlijk dat men intuitief via de verborgen logica in de reacties een vorm van begrijpen kan ervaren.
Maar eenvoudiger is om terug te vallen op de bedenkingen en vragen in de topics.

Wat de zwakke kernkracht betreft:
Zijn enkel de twee W bosonen de dragers van de zwakke kernkracht ?
Wat is dan de inbreng / nut van het Z boson ?
Wat is het werking -gebied van de zwakke kernkracht ?.......evenredig of omgekeerd evenredig met de afstand ... tot welke macht ?
...............................
Maar ik kan moeilijk begrijpen dat meerdere deeltjes krachtdrager kunnen zijn van een fundamentele kracht !!!!
Bij de sterke kernkracht is men blijkbaar reeds aan 8 types gluonen !!!!
Dat ze wiskundig een oplossing zijn van een aantal vergelijkingen doet er voor mij niet toe, het blijft vreemd en niet evident.

[Regor]

@vijv,

Een poging doen om iets complex zo eenvoudig mogelijk uit de doeken te doen is altijd lovenswaardig.
Misschien even de topic nog eens overlezen om vast te stellen welke bedenkingen ik maak en xwat ik mij afvraag.

[wnvl1]

Waar de geladen \(W\) bosonen verantwoordelijk zijn voor processen waarbij de elektrische lading en de smaak van deeltjes veranderen, zoals bij het bètaverval van een neutron naar een proton, bemiddelt het \(Z\) boson de neutrale stroominteracties.

Het nut en de inbreng van het \(Z\) boson liggen in het feit dat het deeltjes in staat stelt om energie, impuls en spin uit te wisselen via de zwakke wisselwerking zonder dat hun elektrische lading of identiteit verandert, wat bijvoorbeeld cruciaal is voor elastische verstrooiing van neutrino's aan elektronen of nucleonen.

Daarnaast speelde de ontdekking van de neutrale stromen via het \(Z\) boson een sleutelrol in de experimentele bevestiging van de elektrozwakke unificatietheorie van Glashow, Weinberg en Salam.

Het werkingsgebied van de zwakke kernkracht is extreem beperkt en strekt zich slechts uit over een afstand van ongeveer \(10^{-18}\) meter, wat ruwweg overeenkomt met een procent van de diameter van een proton. De sterkte van de zwakke kracht is niet simpelweg evenredig of lineair omgekeerd evenredig met de afstand zoals bij de elektromagnetische kracht, maar vertoont een uiterst scherpe, exponentiële afname naarmate de afstand groter wordt. Dit specifieke gedrag wordt beschreven door de Yukawa-potentiaal, die wiskundig geformuleerd wordt als \[V(r) = -g^2 \frac{e^{-\kappa r}}{r}\] waarin \(r\) de afstand vertegenwoordigt en de parameter \(\kappa\) rechtstreeks gekoppeld is aan de zeer grote massa's van de \(W\) en \(Z\) bosonen via de relatie \[\kappa = \frac{m c}{\hbar}\] Door deze massieve aard van de dragerdeeltjes, die via de onzekerheidsrelatie van Heisenberg de reistijd en dus de dracht beperkt, dooft de potentiaal buiten de subnucleaire schaal vrijwel onmiddellijk uit, waardoor de kracht op macroscopische afstanden verwaarloosbaar klein wordt.

[wnvl1]

Maar ik kan moeilijk begrijpen dat meerdere deeltjes krachtdrager kunnen zijn van een fundamentele kracht !!!!
Bij de sterke kernkracht is men blijkbaar reeds aan 8 types gluonen !!!!
Dat ze wiskundig een oplossing zijn van een aantal vergelijkingen doet er voor mij niet toe, het blijft vreemd en niet evident.

Intuïtief verwacht je dat een fundamentele kracht één “boodschapperdeeltje” heeft, zoals één soort veld of één soort interactie. Maar in de kwantumveldentheorie blijken krachten gekoppeld aan symmetrieën, en die symmetrieën kunnen meerdere onafhankelijke componenten hebben. Elke onafhankelijke component krijgt dan zijn eigen krachtdrager.

Bij de elektromagnetische kracht is de symmetrie relatief eenvoudig. Daardoor krijg je slechts één krachtdrager: het foton.

Bij de sterke kernkracht is de situatie veel rijker. Die kracht wordt beschreven door de symmetrie SU(3). Wiskundig heeft die symmetrie acht onafhankelijke “richtingen” in een abstracte kleurruimte. Daarom ontstaan er acht gluonen.

Belangrijk is wel: die acht gluonen zijn geen acht totaal verschillende krachten. Ze zijn acht varianten van dezelfde sterke interactie.

[flappelap]

Om een poging te doen:

Fundamentele wisselwerkingen beschrijven we met zogenaamde Yang-Mills theorieën, waarin symmetrieën een hoofdrol spelen. Het idee is om symmetrieën uit te breiden zodat je extra velden nodig hebt om deze symmetrieën te realiseren: zogenaamde ijksymmetrieën. Deze extra velden zijn je krachtdragers. De natuur bepaalt uiteindelijk welke ijksymmetrieën hiervoor worden gebruikt. Hoe uitgebreider de ijksymmetrie, des te meer velden je nodig hebt om die symmetrieën te realiseren, en dus hoe meer krachtdeeltjes.

Voor het elektromagnetisme blijken deze ijksymmetrieën die van een cirkel te zijn. Dat blijk je met één enkel veld te kunnen doen, wat het foton is. Voor de zwakke wisselwerking blijk je een soort "complexe bollen" nodig te hebben, en wiskundig leidt dat tot 3 verschillende velden: W+, W- en Z0. Voor de sterke wisselwerking heb je een hogerdimensionale variant nodig van zo'n "complexe bol", en blijk je met 8 velden genoeg te hebben om de bijbehorende ijksymmetrieën te realiseren.

Daarbij komt nog de subtiliteit dat we de zwakke wisselwerking en het elektromagnetisme combineren tot de "elektrozwakke wisselwerking", die de ijksymmetrieën "spontaan breken". Dat is nodig om technische redenen nodig, en één daarvan is het feit dat de zwakke wisselwerking een hele korte reikwijdte heeft. Intuïtief: de bijbehorende krachtdragers "doven als kwantumgolven heel snel uit". Fysisch betekent dat dat deze krachtdragers erg massief moeten zijn, en die massatermen verbreken expliciet de ijksymmetrieën. Dat levert wiskundige ellende op, tenzij je het "spontaan doet" via een wisselwerking met het zogenaamde higgsveld. Dit mechanisme wordt b.v. ook gebruikt om supergeleiding te verklaren, en was dus al bekend onder fysici. Het resultaat is dat de bijbehorende ijkvelden "door elkaar gehusseld worden", maar je houdt nog steeds 3 ijkvelden over voor de zwakke wisselwerkingen (W+, W- en Z0) en 1 voor de elektromagnetische (het foton). Historisch werd het ongeladen Z0 deeltje overigens verward met het foton.

Zwaartekracht is ook als een ijktheorie te schrijven, maar niet als Yang-Mills theorie. De details hiervan zijn technisch, maar het komt erop neer dat de bijbehorende ijkvelden niet allemaal onafhankelijk zijn, en extra symmetrieën ervoor zorgen dat er uiteindelijk één krachtoverbrenger overblijft: het graviton. Het grote verschil met het standaardmodel is, is dat de ijksymmetrieën uit het standaardmodel abstracte symmetrieën zijn in wiskundige ruimten waarin de velden "leven". Bij zwaartekracht is deze ruimte de ruimtetijd zelf.

Zie ook mijn boek "Schitterende Symmetrieën" (Epsilon Uitgaven)

[wnvl1]

Een bedenking is wel dat het feit dat het feit dat de fundamentele natuurkunde zo sterk gebaseerd is op symmetrie mogelijk wijst op een mogelijk diepere onvolledigheid in ons begrip.

In de moderne deeltjesfysica blijkt symmetrie uitzonderlijk krachtig te zijn. De theorie van het Standard Model is bijvoorbeeld opgebouwd uit specifieke symmetriegroepen die bepalen welke krachten kunnen bestaan en hoe deeltjes op elkaar inwerken. Elektromagnetisme, de zwakke kracht en de sterke kernkracht worden allemaal beschreven via dit soort wiskundige symmetrieprincipes.

Wat daarbij opvalt, is dat symmetrie niet alleen beschrijft wat er gebeurt, maar vooral ook wat er níet kan gebeuren. Ze legt beperkingen op aan mogelijke interacties en zorgt ervoor dat de theorie intern consistent is. Dat maakt symmetrie een uiterst krachtig gereedschap in de natuurkunde.

Toch blijft er een fundamentele vraag bestaan. We kunnen goed beschrijven welke symmetrieën de natuur heeft, maar we begrijpen niet echt waarom precies die symmetrieën gekozen zijn. Het is bijvoorbeeld niet duidelijk waarom de natuur precies de symmetriegroep SU(3) × SU(2) × U(1) gebruikt en niet een andere structuur. Ook begrijpen we niet diep waarom er precies drie generaties van materiedeeltjes zijn of waarom bepaalde massa’s en mengingshoeken precies de waarden hebben die we meten.

Daarom kan men zeggen dat symmetrie eerder functioneert als een zeer succesvolle beschrijving van de natuurwetten dan als een ultieme verklaring ervan. Ze vertelt ons hoe de wetten eruitzien, maar niet noodzakelijk waarom ze zo zijn.

Daarnaast zien we in de natuur dat symmetrie vaak gebroken is. Via het Higgs mechanism krijgen sommige deeltjes massa, terwijl andere massaloos blijven. Ook in de zwakke interactie zien we dat bepaalde symmetrieën niet perfect behouden blijven. Dit suggereert dat wat wij als fundamentele symmetrieën zien, mogelijk slechts een deel is van een diepere structuur.

Daarom denken sommige fysici dat onze huidige theorieën mogelijk een effectieve benadering zijn van een nog fundamentelere theorie die we nog niet kennen. Anderen menen juist dat symmetrie zelf het diepste principe van de natuur is...

[Regor]

@wnvl1,

Dank U, repeat!

Hoe moet ik mij de werking van de zwakke kernkracht en de sterke kernkracht voorstellen.
1.Vreselijk basic gedacht ..... zijn het de W bosonen die elkaar aantrekken ........ of zorgen de W bosonen ervoor dat de zwakke kernkracht een feit is ?
2. Idem bij de Gluonen voor de sterke kernkracht ?
3. Zijn die deeltjes al experimenteel als "los" deeltje gedetecteerd geweest ?
4. Waarom mag men de soorten W Bosonen en de soorten Gluonen (als kracht dragende deeltjes) niet vectorieel samenstellen in hun desbetreffende dimensie ...... tot één resultant krachtdragend deeltje ?
5. Klopt het dat de Zwakke kernkrach de oorzaak is van radioactief verval ....... en de sterke kernkracht van verzet tegen kernsplitsing ??

[Regor]

@Flappelap,

Dank U,
U blijkt de eigenschap te vertonen / hebben om complexe fenomenen een stukje van hun magie te ontdoen, zoals in een intervieuw op You tube ook al vastgesteld.
Fascinerend blijft dat ....... hoe kleiner, hoe complexer.
Wat mij opvalt zijn de soms alarmerende berichten dat de "fundamentele deeltjes theorie" (tijdelijk) wankelt door één of andere vaststelling die achteraf traag of snel gecorrigeerd wordt......... niet bevorderlijk voor de geloofwaardigheid van het geheel.
Wel bevorderlijk om de mega investeringen te plannen / te doen ... om de heilige graal te vinden !
Bedenkende dat er nog zoveel mensen in armoede leven en honger hebben, en gebrek hebben aan de basisbehoeften van de mens, de laagste trap van Maslov !
Wetenschap leidde ons tot prachtige toepassingen "ten dienste " van de mens .... maar helaas ook (en in veel grotere mate") "ter vernietiging" van de mens.

Schrijf er een boek over !

[wnvl1]

Op zich zijn het niet de bosonen die elkaar rechtstreeks aantrekken (al kunnen ze mekaar ook onderling afstoten en aantrekken), maar ze zorgen er louter voor dat de krachtwerking een feit is.

Stel je twee schaatsers op het ijs voor waarbij schaatser A een zware bowlingbal naar schaatser B gooit en schaatser A door de terugslag achteruit wordt geduwd vanwege het principe dat actie gelijk is aan reactie. Als schaatser B de bal vervolgens vangt, wordt deze schaatser eveneens achteruit geduwd, waardoor het vanaf een afstandje bekeken lijkt alsof er een afstotende kracht tussen hen werkt, terwijl het van een afstand juist een aantrekkende kracht zou lijken indien ze de bal op een slimme manier achterwaarts zouden vangen. Bij de zwakke kernkracht fungeren de \(W\)-bosonen en het \(Z\)-boson als deze bowlingballen die continu worden uitgewisseld tussen fundamentele deeltjes zoals quarks en leptonen, wat de essence van de zwakke kracht vormt. Bij de sterke kernkracht zijn de gluonen de spreekwoordelijke bowlingballen die constant worden uitgewisseld tussen quarks om deze extreem stevig aan elkaar te plakken, waar ook hun naam vandaan komt.

Wat betreft de vraag of deze deeltjes al experimenteel als los deeltje zijn gedetecteerd, bestaat er een fascinerend verschil tussen de twee fundamentele natuurkrachten. De \(W\)-bosonen en \(Z\)-bosonen zijn absoluut aangetoond en werden in 1983 voor het eerst direct experimenteel gedetecteerd bij het CERN in Genève. Omdat ze enorm zwaar zijn, bezitten ze een extreem korte levensduur, maar hun sporen en het exacte moment van hun verval zijn destijds overduidelijk vastgelegd. Bij de gluonen is het antwoord zowel ja als nee, aangezien gluonen zich als buitenbeentjes gedragen waarvan we onomstotelijk experimenteel bewijs hebben dat ze bestaan, wat onder andere is aangetoond via de zogenaamde three-jet events in deeltjesversnellers in 1979. Het is echter onmogelijk om ooit één los gluon af te zonderen door het fenomeen van confinement, wat betekent dat de sterke kernkracht sterker wordt naarmate je deeltjes verder uit elkaar trekt, vergelijkbaar met een elastiek. Als je probeert een gluon los te trekken, breekt het elastiek en flitst de toegevoegde energie direct in het bestaan van nieuwe quarks, waardoor gluonen weliswaar bestaan, maar altijd inherent opgesloten zitten.

In de klassieke mechanica, zoals bij de zwaartekracht of de elektromagnetische kracht, kun je krachten inderdaad vectorieel optellen tot één resulterende richting en grootte, maar bij quantumkrachten kan dat niet met de deeltjes zelf omdat deze bosonen niet louter als geometrische pijltjes in de ruimte gezien kunnen worden. Het zijn de dragers van een specifieke quantummechanische lading en een interne symmetrie, waarbij er drie zwakke bosonen, namelijk \(W^+\), \(W^-\) en \(Z^0\), en acht verschillende typen gluonen bestaan. Elk deeltje vervult een unieke rol binnen de interactie, waarbij een \(W^+\)-boson bijvoorbeeld de identiteit oftewel de smaak van een deeltje verandert door een down-quark in een up-quark te transformeren, het \(W^-\)-boson exact het omgekeerde bewerkstelligt, en het neutrale \(Z^0\)-boson de identiteit niet verandert. Als je deze deeltjes wiskundig zou fuseren tot één gemiddeld deeltje, gaat de essentiële informatie verloren over welke specifieke ladingstransformatie er plaatsvindt. Bovendien behoren deze deeltjes tot abstracte wiskundige dimensies, de zogeheten symmetriegroepen met \(SU(2)\) voor de zwakke wisselwerking en \(SU(3)\) voor de sterke wisselwerking, waardoor ze niet thuishoren in onze normale alledaagse driedimensionale ruimte. Je kunt een deeltje dat een rood-antiblauw kleurkracht bezit niet vectorieel optellen bij een gluon dat groen-antirood is, wat even onmogelijk is als het optellen van de kleur wijnrood en de smaak zuur tot één enkel getal.

De aanname dat de zwakke kernkracht de oorzaak is van radioactief verval en de sterke kernkracht van het verzet tegen kernsplitsing klopt volledig. Dit is bij de zwakke kernkracht specifiek van toepassing op bètaverval, aangezien zij de enige fundamentele natuurkracht is die in staat is om de identiteit van deeltjes te veranderen door ervoor te zorgen dat een neutron in een proton kan veranderen of omgekeerd, waardoor een atoomkern instabiel raakt en dit leidt tot radioactief verval of de uitzending van straling. De sterke kernkracht verzet zich eveneens tegen kernsplitsing, al gebeurt dit op een indirecte manier omdat zij de protonen en neutronen in de atoomkern extreem dicht op elkaar geperst houdt, ondanks het feit dat de protonen elkaar door hun gelijke elektrische lading keihard afstoten. Je kunt deze kracht zien als een kosmische lijm en pas wanneer een zware atoomkern hard genoeg wordt geraakt door een extern neutron, raakt de kern uit balans waardoor de elektromagnetische afstoting het wint van de sterke kernkracht en de kern splitsst, wat betekent dat de sterke kracht inderdaad de stabiliserende lijm is die zich verzet tegen die splitsing.

[wnvl1]

Ik heb wat cartoons aangemaakt. Misschien helpt dat om het wat beter te begrijpen.

[wnvl1]

vaststelling die achteraf traag of snel gecorrigeerd wordt......... niet bevorderlijk voor de geloofwaardigheid van het geheel.
Wel bevorderlijk om de mega investeringen te plannen / te doen ... om de heilige graal te vinden !
Bedenkende dat er nog zoveel mensen in armoede leven en honger hebben, en gebrek hebben aan de basisbehoeften van de mens, de laagste trap van Maslov !
Wetenschap leidde ons tot prachtige toepassingen "ten dienste " van de mens .... maar helaas ook (en in veel grotere mate") "ter vernietiging" van de mens.

Schrijf er een boek over !

Een terechte bedenking. Hier alvast een aanzet voor het boek.

Hossenfelder heeft redelijk wat video's waarin ze zich uitspreekt tegen de miljardeninvesteringen in uitbreidingen van de LHC, zoals de geplande Future Circular Collider (FCC) [00:07].



Haar belangrijkste argument is vaak dat deeltjesfysici de neiging hebben om het publiek en beleidsmakers "loze beloften" te doen.

Er wordt dan geschermd met het oplossen van de mysteries rond donkere materie en donkere energie, terwijl er op dit moment simpelweg geen harde theoretische onderbouwing is dat een grotere deeltjesversneller die deeltjes ook daadwerkelijk gáát vinden.

Het risico bestaat dat we 20 miljard euro uitgeven om louter een paar cijfers achter de komma van bekende natuurconstanten nauwkeuriger te meten.

Bij de Einstein Telescope (ET) kun je jezelf exact dezelfde kritische vragen stellen. Hoewel de wetenschappelijke beloften — zoals het horen van de absolute begindagen van de oerknal of het inkijken van het binnenste van een neutronenster — op papier adembenemend zijn, blijft het een fundamentele discussie over de prioriteiten van onze samenleving.

Als je de afweging maakt binnen het kader van de piramide van Maslow, snijdt die kritiek hout. De Einstein Telescope gaat naar schatting zo'n 2 miljard euro kosten om te bouwen, exclusief de gigantische operationele kosten over de decennia daarna. Dat is weliswaar minder dan de deeltjesversneller van CERN, maar het blijft een astronomisch bedrag aan publiek geld. In een tijd waarin we wereldwijd kampen met acute crisisen op het gebied van klimaatverandering, armoede, energievoorziening en gezondheidszorg, kun je je legitiem afvragen waarom de interpretatie van minieme rimpelingen in de ruimtetijd prioriteit moet krijgen boven de primaire levensbehoeften op aarde.

Het fundamentele verschil tussen projecten zoals de ET en de LHC ligt wel in de zogeheten "garantie op succes": Bij de LHC (en de FCC) tast men momenteel in het duister. Men bouwt een grotere machine in de hoop iets nieuws tegen te komen, maar als de natuur tegenzit, vinden we helemaal niets.

Bij de Einstein Telescope weet men tenminste zeker dat er signalen zullen zijn. De wetten van de zwaartekracht garanderen dat die golven er zijn en de technologie is inmiddels bewezen. We gaan dus gegarandeerd duizenden botsingen van zwarte gaten registreren.

Maar de kern van je twijfel blijft overeind: boeit het fel genoeg om er zoveel voor te betalen? Voor een theoretisch fysicus is het antwoord een volmondig ja, omdat het raakt aan onze existentiële nieuwsgierigheid naar de kosmos. Maar voor de gemiddelde belastingbetaler levert het geen direct meetbare "return on investment" op in het dagelijks leven. Er is geen directe toepassing die morgen de honger de wereld uit helpt.

Wetenschap bevindt zich hier op het snijvlak tussen pure cultuur (zoals het bouwen van een kathedraal of het financieren van kunst, puur om het menselijk kunnen te tonen) en praktische vooruitgang. De geschiedenis leert wel dat de 'spin-offs' van dit soort megalomane projecten — zoals het internet dat bij CERN werd uitgevonden om data te delen, of geavanceerde cryogene technieken en bodemsensoriek — achteraf vaak nuttiger bleken voor de mensheid dan de ontdekking van het deeltje zelf. Maar of dat voldoende rechtvaardiging is om miljarden onder de grond te stoppen terwijl de wereld bovengronds in brand staat, blijft een van de meest legitieme ethische dilemma's van onze tijd.