Populair-wetenschappelijke samenvatting Deze

Populair-wetenschappelijke samenvatting
Deze bachelorscriptie gaat over zachte straling. Dit is straling met erg lage energie, die
bestaat uit ijkbosonen. Dit zijn elementaire deeltjes die zorgen voor de overdracht van de
fundamentele natuurkrachten. Deze natuurkrachten worden beschreven door theorieën die
een combinatie zijn van quantummechanica en relativiteitstheorie, quantumveldentheorieën
genaamd. Deze theorieën heb je nodig voor het berekenen van reacties tussen elementaire
deeltjes, omdat deze reacties door natuurkrachten veroorzaakt worden.
Processen in quantumveldentheorie kunnen heel handig
beschreven worden met behulp van Feynmandiagrammen. In
deze diagrammen wordt elk elementair deeltje dat deelneemt
aan het proces beschreven door een simpele lijn; de tijd
loopt van links naar rechts. Feynmandiagrammen zijn niet
alleen handig omdat ze een duidelijk plaatje geven van een ingewikkeld proces tussen deeltjes; je kunt er ook makkelijk mee
rekenen. Bij elk onderdeel van het diagram hoort namelijk een
wiskundige uitdrukking, en met de uitdrukkingen van alle elementen vermenigvuldigd kun je de amplitude berekenen, de
kans dat het proces voorkomt.
Een voorbeeld van een FeynIn quantumveldentheorie spelen symmetrieën een grote rol: mandiagram.
een fundamentele natuurkracht komt voort uit de eis dat aan
bepaalde symmetrieën wordt voldaan. Daar heb je extra velden voor nodig die corresponderen met de eerdergenoemde ijkbosonen. Zachte straling is dus verbonden aan de theorie
van symmetrieën. Het blijkt dat de wiskunde die zachte straling beschrijft erg elegant is.
Omdat de energie van deze straling zo laag is, blijkt het bij benadering geen, of nauwelijks invloed te hebben op de deeltjes waardoor de straling wordt uitgezonden. Je zou dit
kunnen vergelijken met twee mensen, waarvan één een bowlingbal wegwerpt en de ander
een pingpongbal. Omdat de bowlingbal veel zwaarder is dan de pingpongbal, en dus meer
energie heeft (want massa is volgens Einstein een vorm van energie), merk je veel meer
van het weggooien ervan: je wankelt een beetje achteruit. Doordat het deeltje dat zachte
straling uitzendt er zo weinig van merkt, kunnen de zachte staling en de rest van een proces
van elementaire deeltjes apart worden beschreven en berekend: ze hebben ieder hun eigen
Feynmandiagram en amplitude, die je met elkaar kunt vermenigvuldigen om het totaal te
krijgen. In de natuurkunde zijn veel dingen die je berekent een benadering; de simpelste
benadering van zachte straling is dat het helemaal geen invloed heeft op het stralende
deeltje. De volgende stap, die in deze scriptie genomen wordt, is de eerste correctie hierop.
Uiteindelijk wordt in deze bachelorscriptie de amplitude berekend van zachte straling die
wordt uitgezonden door gluonen die samen een Higgsdeeltje produceren. Gluonen zijn
deeltjes die de sterke kernkracht overdragen, en het Higgsdeeltje zorgt voor de massa van
elementaire deeltjes. Waarschijnlijk is dit deeltje u bekend; het is onlangs ontdekt en vormt
een van de grootste recente doorbraken in de natuurkunde. Dit is een voorbeeld van de
relevantie van zachte straling in belangrijke onderdelen van de natuurkunde.
1