Hart van de Materie 20: CERN

Altius, citius, fortius!

Elementaire deeltjes vinden is op zich geen complexe zaak. Ze moeten alleen voldoende energie bevatten om ze te kunnen detecteren. Neem nu kosmische stralen, een bron van muonen en pionen die op onze aardse atmosfeer afstormen met een energie van 1020 eV. Energie bevatten die genoeg. Alleen geven ze die geleidelijk aan af zodra ze onze atmosfeer bereiken, zodat ze eigenlijk enkel nuttig zijn wanneer we onze metingen kunnen doen op hoge bergtoppen (denk aan het verhaal van Occhialini en Lattes in episode 17) of met behulp van weerballonnen. Daarenboven kunnen we hun sterkte niet controleren.

Een foto uit 1957 van de vorming van een kaon door het Cosmotron in
Brookhaven National Laboratory te New York. Het deeltje wordt afgeremd
in de fotografische emulsie en vervalt tot een snel, positief geladen licht meson. 
Bron: United States Department of Energy, Flickr, Publiek domein.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 10/08/2017 om 22:21

Hart van de materie 19: Leptonen en bosonen

In het vorige deeltje belichtten we het eerste luik van het Standaardmodel van de Materie: de materiebouwende quarks. Er blijven nog twee soorten elementaire deeltjes over: de leptonen en de krachtvoerende bosonen.

Een congres in 1937 in Kopenhagen met heel wat Nobelprijswinnaars. Op de eerste rij onderscheiden we (van links naar rechts): Niels Bohr, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, Otto Stern, Lise Meitner, Rudolf Ladenburg en een onbenoemd gebleven collega. De middelste figuur, staand tegen de muur, is Léon Rosenfeld.
Bron: Gerhard Hund, zoon van onderzoeker Friedrich Hund, Wikipedia, CC BY 3.0

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 29/07/2017 om 21:28

Hart van de Materie 18: van chaos naar structuur door het quarkmodel

Het experimenteel bewijs voor het pion was niet louter een bevestiging van de theorie van Yukawa. Het heeft een hele nieuwe wereld geopend voor het onderzoek naar de subatomaire structuur van de materie, om twee redenen: ten eerste, omdat het duidelijk werd dat in de natuur nog deeltjes (muonen) bestonden waarvan de juiste rol nog niet bekend was. Ten tweede, omdat de studie van diezelfde kosmische stralen snel leidde tot de onverwachte ontdekking van verschillende andere deeltjes: al gauw verschenen er verschillende sporen van voorheen compleet onbekende en onverwachte deeltjes. Die nieuwe deeltjes werden eerst bestudeerd in kosmische stralen, maar al snel werden er steeds krachtiger en krachtiger deeltjesversnellers gebouwd, waarmee deeltjes nu in het laboratorium konden worden aangemaakt. Zo dook, in 1947, nog een soort meson op, dubbel zo zwaar als de pionen (de kappa-mesonen of kaonen). In 1950 ontdekten Hopper en Biswas aan de Universiteit van Melbourne het lambda-baryon, in 1955 vonden Emilio Segrè en Owen Chamberlain in Berkeley het antiproton (de antimaterieversie van het proton) en in 1962 volgde een zwaardere variant van het eerder besproken neutrino, nl. het muon-neutrino (in het lab van Leon Lederman in Columbia University in New York).

 

(Links) Owen Chamberlain (10 juli 1920, San Francisco, Californië, VS – 28 februari 2006, Berkeley, Californië, VS) en
(rechts) Emilio Gino Segrè (1 februari 1905, Tivoli, Italië – Lafayette (Californië), 22 april 1989) kregen in 1959 de Nobelprijs voor de Natuurkunde
voor de ontdekking van het antiproton. Onderaan de cruciale publicatie in Physical Review.

Bron van beide foto’s: Nobelstichting [links] [rechts], publiek domein.
Bron publicatie: Chamberlain, O., Segrè, E., Wiegand, C., & Ypsilantis, T. (1955). Observation of antiprotons. Physical Review, 100(3), 947.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 22/07/2017 om 22:13

Hart van de Materie 17:Hideki Yukawa en de voorspelling van de mesons

Het vorig stukje vertelde het verhaal van de neutrino's en hoe Pauli zich genoodzaakt zag, om het bestaan van een dergelijk deeltje te bedenken om te vermijden dat een beginsel zoals het behoud van energie op de schop moest. Een gelijkwaardig probleem waar de wetenschap mee worstelde in het interbellum, betrof de samenhang van de kern. Wat houdt er een aantal positieve ladingen (de protonen) samen met een aantal niet geladen deeltjes (de neutronen)? Niet de zwaartekracht – die is veel te zwak op die schaal, zeker ten opzichte van de elektromagnetische kracht, die de vele positief geladen protonen in de kern eigenlijk los uit mekaar zou moeten duwen. Nee, er moest dus wel een soort van kernkracht bestaan, die sterk genoeg is op afstanden van rond de femtometer (10−15 meter, oftewel een miljoenste van een miljoenste van een millimeter) om kerndeeltjes (protonen en neutronen) bij mekaar te houden. Vanaf 2,5 femtometer is deze kracht niets meer waard, en op afstanden onder de 0,7 femtometer worden de deeltjes weer uit mekaar geduwd. Tenminste, dat weten we er vandaag over. De eerste die met dat idee voor de dag kwam, is een Japanner: Hideki Yukawa. 

Hideki Yukawa (in 1951). Publiek domein

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 15/07/2017 om 16:28

Hart van de Materie 16: Pauli en het neutrino

Halverwege de jaren 1930 zat het atoommodel goed in mekaar. De elektronen golfden in hun orbitalen, de kern bestond uit de protonen van Rutherford en de neutronen van Chadwick. Nochtans was men er zich om allerlei redenen van bewust dat de zoektocht naar de structuur van de materie verre van afgelopen was. Sommige van deze redenen vloeiden voort uit theoretische beschouwingen en berekeningen, andere uit vragen die onderzoekers zich stelden over het atoom.

 

De schoepen van een stoomturbine
Bron: ajitkumar.bhopa, Wikipedia. CC BY-SA 3.0

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 08/07/2017 om 22:12

Pagina 1 - 2 - 3 - 4 - 5