Wat is massa?

Wat is massa?
Gerco Onderwater
Stadslyceum 2017
Mijn achtergrond
Universiteit
Technische Natuurkunde Universiteit Twente
Laser physica
Promotie
Vrije Universiteit Amsterdam & NIKHEF
Experimentele Kernfysica
Docent
Asst. Prof. @ University of Illinois, USA
Assoc. Prof. @ RUG
Experimentele deeltjesfysica
Onderwijs
Onderwijs
Wat is
massa?
Newton
F =m⋅a
“Weerstand” tegen verandering van beweging
inertia, trage massa
Newton
F =m⋅g
Mate van onderlinge aantrekking : zware massa
F =G
m1⋅m2
r
2
Eenheden
Massa
hoeveelheid materiaal
gemeten in kilogram, kg
Gewicht zwaartekracht uitgeoefend door de aarde
gemeten in Newton, N
Vraag
Werken deze weegschalen ook op de maan?
Wat is een “kilogram”?
1795 : 1kg ≡ 1dm³ puur water bij maximale dichtheid (~4°C)
Lastig → platina voorwerp “kilogramme des Archives”
1879 : nieuw voorwerp : K
dé kilo
Kleiner en kleiner ...
Massa = hoeveelheid materiaal
= aantal atomen x atoom-massa
1 mol koolstof atomen ≡ 12 g
1 mol = 6x1023 atomen : getal van Avogadro NA
Massa van 1 koolstof atoom : mC= 2 x 10-26 kg
Atomaire massa eenheid : 1u = 1/12 mC
1g = NA∙u
Einstein's speciale relativiteit
E=m⋅c
2
massa = vorm van energie, equivalentie principe
► verbreken
van een binding kost energie
► een gebonden systeem heeft energie-tekort
► een gebonden systeem: minder massa dan z'n onderdelen
2 protonen = 2 x 1.00728u
2 neutronen = 2 x 1.00866u +
4.03188u
Helium-4
=
4.00153u
Einstein's algemene relativiteit
8πG
G μ ν= 4 T μ ν
c
Energie en
dus massa
massa = vervorming van ruimte-tijd
zelfs licht wordt “aangetrokken” door zwaartekracht
Kwantum-mechanica, de Broglie
h
λ=
mv
Verbinding tussen snelheid en golflengte
Vormen van massa
► Hoeveelheid
► Inertie,
materie
trage massa
► Aantrekkende
zware massa
► Aangetrokken
zware massa
► Energie
equivalent
► Ruimte-tijd
► Kwantum
kromming
golflengte
Al deze massa's lijken hetzelfde te zijn
Maar ….
Elementaire deeltjes
… hebben geen “onderdelen”
… en geen grootte
Waar komt hun
massa vandaan?
Higgs
Higgs boson centraal in het Standaard Model
Unificatie : electriciteit & magnetisme (en licht)
=
Maxwell
Electromagnetisme
Unificatie : EM & zwakke wisselwerking
=
=
Voorspelden Z0 deeltje (1983)
maar: allemaal massaloos!
(net als alle andere deeltjes)
Weinberg, Glashow & Salam
Electrozwakke Unificatie
1979
Waar komt massa vandaan?
Peter Higgs
Hoe werkt het Higgs mechanism?
journalisten
Deeltje
zonder massa
Deeltje
met massa
Higgs
boson
(Zwaar!)
Hoe maak je een nieuw deeltje?
Higgs produktie
Werkt als energie van protonen hoog genoeg is
Tevatron @ Fermilab Chicago : 0.9TeV protonen
Waarom is deze versneller rond?
En waarom zijn er twee ringen?
900,000,000,000V
y
z
f
p
n
μ
m
k
M
G
T
P
E
Z
Y
CDF detector
Niets gevonden ...
LHC @ CERN Geneve : 4 TeV protonen
Snelheid = 99.999996% v/d lichtsnelheid
LHC : 27km ring
Atlas detector
CMS detector
Hoe herken je een Higgs boson?
Een Higgs boson vervalt soms in twee fotonen ...
E1 + E2 = mHiggs·c² + ½·m·v²
foton 2
foton 1
een
HELE-HELE-HELEBOEL
andere deeltjes
en nog wat andere deeltjes
Na miljoenen botsingen … per seconde … voor 2 jaar
~10,000,000,000,000 botsingen
500 x H→γγ
Atlas: 1PetaByte per seconde ... na selectie 100MB/s
Apple iTunes = 12PB Alle fotos op Facebook = 10PB
Higgs is happy!
Higgs & Englert krijgen in 2013 de Nobelprijs
En waar praten natuurkundige over?