Inhoud - Heideheeren

Higgs-deeltje
Peter Renaud
Heideheeren
Inhoud
1.
2.
3.
4.
Onze fysische werkelijkheid
Newton – Einstein - Bohr
Kwantumveldentheorie
Higgs-deeltjes en Higgs-veld
3 oktober 2012
Heideheeren
2
1
Plato
De dingen kunnen wij zien maar niet kennen,
terwijl we het eigene van de dingen niet kunnen
zien, maar wel kunnen kennen
3 oktober 2012
Heideheeren
3
Aristoteles
Aristoteles 384 – 322 BC
Het doel van de natuurkunde
Beschrijven van
wetmatigheden der natuur
Scheppen filosofisch beeld
werkelijkheid
Verklaren verschijnselen
3 oktober 2012
Heideheeren
4
2
Aristoteles
Aristoteles
 Aarde, water, lucht, vuur en ether
 Aarde is centrum heelal (geocentrisme)
 Zon, maan en sterren draaien in concentrische
cirkels om aarde
 Ether is de verblijfplaats voor goden en sterren
3 oktober 2012
Heideheeren
5
Copernicus - Galilei - Kepler
Copernicus 1473 – 1543
 Heliocentrisch wereldbeeld
Galileo Galilei 1564 -1642
 Pionier telescoop
 Conflict met RK-kerk
 Vader astronomie
3 oktober 2012
Heideheeren
6
3
Newton
Newton 1643 - 1727
 1e theoretisch fysicus
grondlegger klassieke
mechanica en differentiaalrek.
 1687 Philosophiae Naturalis
Principia Mathematica
3 oktober 2012
Heideheeren
7
Newton
Newton
Doel natuurkunde:
Beschrijven van de wetmatigheden van de
natuur in wiskundige formuleringen
Toetsen van de wetmatigheden in
herhaalbare experimenten
Niet: verklaren van de verschijnselen
3 oktober 2012
Heideheeren
8
4
Newton
Definitie van impuls, kracht en massatraagheid
k=mxa
Wet van behoud van energie
Wetten in kosmos gelijk aan wetten op aarde
Tijd, ruimte en massa zijn zelfstandige en
onafhankelijke begrippen
Alle materie heeft grootte, vorm en massa
3 oktober 2012
Heideheeren
9
Einstein
Einstein 1879 – 1955
 Licht is golf en deeltje
 E = m x c2
 Speciale relativiteitstheorie
 Algemene relativiteitstheorie
 5 zintuigen schieten vanaf nu tekort
3 oktober 2012
Heideheeren
10
5
Einstein
Einstein
Speciale relativiteitstheorie
Lichtsnelheid is maximale snelheid
Tijd is gekoppeld aan ruimte: Tijdruimte
Massa is gekoppeld aan snelheid
Massa, ruimte en tijd zijn gerelateerde
grootheden, die zonder elkaar niet bestaan
3 oktober 2012
Heideheeren
11
Einstein
Einstein
Algemene relativiteitstheorie
Massa vervormt of kromt de ruimte
Zwaartekracht is schijnkracht
Licht wordt afgebogen door massa
Klassieke beeld van oneindige ruimte onjuist
3 oktober 2012
Heideheeren
12
6
Moleculen en atomen
3 oktober 2012
Heideheeren
13
Moleculen en Atomen
Molecuul is kleinste deeltje
met chemische eigenschap
Dalton 1808
 Molecuul opgebouwd uit atomen
 Atoom behoudt eigenschappen na
chemische interactie
3 oktober 2012
Heideheeren
14
7
Atoommodel
Rutherford 1871 - 1937
3 oktober 2012
Heideheeren
15
Atoommodel
Rutherford atoommodel
Positief geladen kern met diameter 1/20.000
x diameter atoom
Wolk van negatieve elektronen in
cirkelbanen rond de kern
De positieve kern is samengesteld uit
protonen en neutronen
3 oktober 2012
Heideheeren
16
8
Kwantum
Max Planck 1858 – 1947
 Energie kan slechts
voorkomen in discrete
pakketjes, “kwanta”
 Begin der moderne
natuurkunde
3 oktober 2012
Heideheeren
17
Grondleggers kwantumtheorie
Bohr
3 oktober 2012
Heisenberg
Heideheeren
Schrödinger
18
9
Kwantumtheorie
Niels Bohr 1885 -1962
 Grondlegger van de kwantumtheorie
 Organisator van de wetenschappelijke
discussie met de grote wetenschappers der
aarde
3 oktober 2012
Heideheeren
19
Kwantumtheorie
Werner Heisenberg – 1901-1976
Onzekerheidsrelatie
Als één van beide vaststaat
Plaats en snelheid
Is er een kansverdeling
Energie en tijd
voor de ander
Grondlegger van zgn Kopenhaagse interpretatie
3 oktober 2012
Heideheeren
20
10
Kwantumveldentheorie
Schrödinger 1887 - 1961
De golfvergelijking van S vormt in 1926 de
basis voor de mathematische beschrijving
van een kwantumoscillator en kwantumveld
De aanwezigheid van vele kwanta kan
worden beschreven als een kwantumveld
3 oktober 2012
Heideheeren
21
Kopenhaagse interpretatie
Het duale karakter van energie en materie
Golf en deeltje bevinden zich in
“gesuperponeerde” toestand zolang het
kwantum niet wordt waargenomen
Waarneming/meetmethode bepaalt karakter
Onzekerheidsrelatie
3 oktober 2012
Heideheeren
22
11
De grote worsteling
Kopenhaagse interpretatie
Verzet van 1924 – 1927
Einstein – “God dobbelt niet”
Schrödinger – “De kat van Schrödinger”
3 oktober 2012
Heideheeren
23
5e Solvayconferentie 1927
3 oktober 2012
Heideheeren
24
12
Deeltje en Veld
Eerste conclusie
Twee categorieen elementaire deeltjes


Zonder massa - met lichtsnelheid
Met massa - langzamer dan licht
Elk elementair deeltje kan worden
voorgesteld als oscillator en golfverschijnsel
Vele oscillatoren maken samen een golfveld
3 oktober 2012
Heideheeren
25
Onderzoek elementaire deeltjes
Atoommodel Rutherford riep vragen op
Welke krachten houden de kern bij elkaar
Zijn de protonen en neutronen in de kern
werkelijk elementair, of samengesteld?
3 oktober 2012
Heideheeren
26
13
Large Hadron Collider
 LHC is grootste
deeltjesversneller ter wereld
 Omtrek 27 km
 Max snelheid protonen
99,9999964% lichtsnelheid
 Bouwkosten € 6 miljard
3 oktober 2012
Heideheeren
27
Analyse van sporen van
brokstukken
3 oktober 2012
Heideheeren
28
14
Onderzoek elementaire deeltjes
12 Fundamentele deeltjes en 12 anti-deeltjes
4 Fundamentele krachten




Elektromagnetische kracht
Sterke kernkracht
Zwakke kernkracht
Zwaartekracht??
 Massa
3 oktober 2012
fotonen
gluonen
W- en Z-boson
Graviton??
Higgs-boson??
Heideheeren
29
Standaard model
elementaire deeltjes
3 oktober 2012
Heideheeren
30
15
Higgs-veld is fundamenteel
Tweede conclusie
Het Higgs-veld verklaart hoe massa tot stand
komt in een energieveld
De gehele kosmos is doordrongen van
velden, waaronder nu ook een Higgs-veld
De theorie van 1964 is nu experimenteel
bevestigd
3 oktober 2012
Heideheeren
31
Wereldbeeld
De materie die wij waarnemen met onze
zintuigen is op elementair niveau opgebouwd
uit energiepakketjes met een duaal karakter.
Ook de massa(traagheid) past nu in dat beeld
Materie is geen oerstof, maar een emergent
verschijnsel en past in ons fysische
wereldbeeld van de kwantumveldentheorie
3 oktober 2012
Heideheeren
32
16
Peter Higgs
3 oktober 2012
Heideheeren
33
Resterende onduidelijkheden
Geen aansluiting met algemene
relativiteitstheorie en zwaartekracht
Waarom is er zo weinig anti-materie?
Hoe werkt non-lokale communicatie?
Is zwaartekracht wel fundamenteel of
misschien toch emergent? (Erik Verlinde)
3 oktober 2012
Heideheeren
34
17
Plato
De dingen kunnen wij zien maar niet kennen,
terwijl we het eigene van de dingen niet kunnen
zien, maar wel kunnen kennen
3 oktober 2012
Heideheeren
35
18