Big Bang Game – spel 2

ANTIMATERIE - Big Bang kaartspel 2
Auteur: Frans van Liempt, 2008 ([email protected])
In dit tweede spel laat je zoveel mogelijk materie en antimaterie verdwijnen en weer
ontstaan. Het vormen van hadronen uit spel 1 blijft gehandhaafd.
Voor een PET-scan in het ziekenhuis worden elektronen en hun antideeltjes –positronen
– gebruikt. En door kosmische straling ontstaan in de atmofeer antimuonen. Maar verder
komen we antimaterie nauwelijks tegen. In het begin van het univesrum was er echter
evenveel materie als antimaterie. Door de extreem hoge temperatuur kwamen toen paren
van alle leptonen en quarks met hun antideeltjes voor. Al die paren ontstaan en
verdwijnen ook in het kaartspel.
Een deeltje en z’n antideeltje verdwijnen als ze op elkaar botsen. Dit proces heet
annihilatie. Ze vormen dan een energiebel met een foton. Uit dit foton ontstaat vrijwel
onmiddelijk een nieuw paar van een deeltje en antideeltje. Dit proces heet creatie. Het
soort deeltjes in het nieuwe paar is vaak anders dan in het oude paar. Tenzij extra energie
wordt toegevoerd, zoals dit in botsingsmachines van CERN en Fermilab gebeurt. In het
spel zitten hiervoor drie botsingskaarten.
Materie en antimaterie creeren of laten verdwijnen
Van materie en antimaterie spreek je alleen bij elektrisch geladen deeltjes. Twee deeltjes
zijn van elkaar het antideeltje, als ze identiek zijn maar de tegengestelde elektrische
lading hebben. Bij quarks is bovendien de kleurlading tegengesteld. Dat ze identiek zijn,
betekent ook dat ze tot dezelfde generatie horen.
In het spel zitten kaarten voor alle elementaire deeltjes, quarks en leptonen, en voor
fotonen. Hieronder staat het overzicht van de leptonen. Omdat fotonen alleen werken op
elektrisch geladen deeltjes, nemen neutrino’s niet aan de creatie of de annihilatie met
fotonen deel.
-1e
0
+1e
e-νe
e
Generatie I
elektron
elektronneutrino
positron
0
νe
anti-elektronneutrino
μνμ
μ
ν
Generatie II
muon
muonneutrino
anti-muon
τ
ντ
anti-muonneutrino
ν
τ
Generatie III
tauon
tauneutrino
anti-tau
anti-tauneutrino
Pas de samenstelling van de set kaarten aan.
Het spel bevat 71 kaarten, met de volgende verdeling:
 36 kaarten voor (anti)quarks. Een voor elke (anti)quark in 3 kleuren. Verwijder
hiertoe uit spel 1 ‘HADRONEN’ de kaarten met een grijze stip.
 24 kaarten voor (anti)leptonen. Voor elk (anti)lepton 2 kaarten.
 8 kaarten voor fotonen.
 3 botsings-kaarten om aan een annihilerend paar extra energie toe te voeren.
Hierdoor kun je een paar zwaardere deeltjes creëren. Op de kaart is de maximale
massa van de te produceren deeltjes vermeld.
De spelregels:
 De regels van spel 1 ‘HADRONEN’ blijven gelden.
 Je mag een paar van medespelers afpakken als je er meteen een keten van 1 of
meerdere annihilaties en creaties mee legt. Elke speler die een deel van de keten
heeft gelegd, krijgt aan het einde van het spel 1 extra punt (‘roem’). Dus ook de
eerste eigenaar/eigenaren van de afgepakte kaarten.
 Bij een proces mag de som van de massa’s niet toenemen, tenzij met hulp van een
botsingskaart. De botsingskaart geeft een limiet voor de massa.
 Een speler beëindigt het spel met een bijzonder keten waarbij uit een t t -paar een
e+e- paar ontstaat, of uit een     paar een uu .
De puntentelling:
 1 punt voor elke kaart;
 1 bonuspunt voor
 elk (volgens de lijst) waargenomen hadron
 iedere speler die heeft bijgedragen aan een keten (roem)
 iedere speler die een botsingskaart uit speelt
 3 bonuspunten voor de speler die het spel beëindigt, door
 alle kaarten uit te leggen
 een neutron of proton te maken
 een bijzondere keten, zoals hierboven genoemd.
Geldige combinaties:
Het doel van het spel is opnieuw zoveel mogelijk kaarten in geldige combinaties op tafel
te leggen. Dit zijn:
 hadronen (zie spel 1)
 een annihilatie (een deeltje en zijn antideeltje plus een foton). Een paar bestaat
altijd uit 2 deeltjes van dezelfde generatie (zelfde aantal ringen, 1 gesloten ring en
1 onderbroken ring). Een van de deeltjes mag afkomstig zijn uit een combinatie
die al op tafel ligt. Deze combinatie wordt dan van de eerste speler afgepakt.
Overgebleven kaarten houdt hij in de hand.
 een proces van 1 annihilatie en 1 creatie (hierin mogen twee kaarten voor fotonen
aanwezig zijn). De som van de massa’s mag alleen toenemen als een bijgelegde
botsingskaart dit toelaat.
 Deeltjes uit een keten kunnen weer annihileren. Er kunnen dus ketens van meer
dan 5 kaarten worden gevormd.
 Ongeldig is een creatie uit een los foton. Een reeks begint altijd met een paar.
Voorbeelden
De speelkaarten
In de figuur hier linksonder staat een voorbeeld van een kaart van een lepton. In dit geval
een muon. In het gestreepte kader staat behalve de elektrische lading ook de massa en de
generatie van muonen. De kaart rechts is een voorbeeld van de kaart voor een foton.
-
γ
-1e
Generatie II
106 MeV/c2
0e
muon
©vL07
©07FvL
©vL07
Annihilatie van een quarkpaar
d
G
γ
0e
d
G
Annihilatie van een leptonpaar
μ-
γ
0e
μ
Keten met de creatie van een quarkpaar uit een geannihileerd leptonpaar
μγ
0e
μ
d
B
d
B
De creatie van het d-quarkpaar is alleen mogelijk als het foton voldoende energie heeft.
In het kaartspel wordt uitgegaan van het energie-equivalent dat op de kaarten is vermeld,
zonder extra kinetische energie. Op grond van deze regel kunnen in plaats van het dquarkpaar de volgende andere paren ontstaan: s s , u u ,   en e+ e-. Voor paren van
zwaardere quarks en leptonen heeft het muonpaar niet genoeg energie.