Werkstuk Natuurkunde Het Higgsboson

Transcriptie

1 Werkstuk Natuurkunde Het Higgsboson Werkstuk door Anoir 2099 woorden 12 maart ,5 1 keer beoordeeld Vak Methode Natuurkunde Newton HET HIGGSBOSON EN ZIJN DEMYSTIFICATIE Door: Anoir Koolhoven, Sergio Reijnders en Nikki van Doesburg Op 4 juli 2012 is het Higgsboson (ook wel Higgsdeeltje, BroutEnglertHiggsdeeltje of zelfs Godsdeeltje) door de deeltjesversneller LHC in Genève ontdekt. Het Higgsdeeltje speelt een fundamentele rol bij het geven van massa aan alle andere deeltjes. In deze wetenschappelijke publicatie wordt de ontdekking en haar significantie nader toegelicht. Pagina 1 van 10

2 HET HIGGSVELD Door het gehele universum bevindt zich een onzichtbaar veld; het H iggsveld. De interactie tussen elementaire deeltjes zoals HET HIGGSBOSON EN ZIJN DEMYSTIFICATIE quarks met het H iggsveld zorgt DE VOORSPELLING voor de In 1964 voorspelden Francois Englert en Robert Brout voor het eerst dat, om het standaardmodel te laten kloppen, er een elementair deeltje moet zijn dat alle de massa van zulke andere deeltjes massa geeft. Het standaardmodel van de deeltjesfysica is een theorie uit de deeltjesfysica waarin de krachten en deeltjes die alle materie vormen, elementaire deeltjes. worden beschreven (zie het beknopte overzicht in de zijbalk). [1 Waarom hebben sommige elementaire deeltjes massa terwijl ze dat volgens (symmetrie)theorieën dat Des te meer interactie, niet horen te hebben? [2 Waarom vliegen protonen niet met de snelheid van het licht door het heelal? Dit was decennia lang het grote probleem in de deeltjesfysica. Voorheen werd gedacht dat iets uit massa bestond door de hoeveelheid 'spul' het bevatte. Maar later bleek dat een bepaald type quark (bouwsteen van een proton), de topquark, even groot is als een elektron; beide hebben namelijk een volume van 0. [3 Desalniettemin heeft de topquark een grotere massa. Een nieuwe theorie bleek noodzakelijk. De aanvaarde theorie wat in de wetenschap een postulaat wordt genoemd is te danken aan Peter Higgs waarnaar het deeltje is vernoemd, en gaf de mogelijke verklaring. De theorie van Higgs zegt dat elk deeltje door een onzichtbaar veld reist en een bepaalde weerstand ervaart, afkomstig van een of meerdere soorten Higgsdeeltjes. De weerstand zou dan volgens Higgs de massa van het deeltje bepalen. Door middel van een grote deeltjesversneller zoals The Large Hadron Collider (LHC) van CERN of de Tevatron van het Fermilab zou een/het Higgsdeeltje met een experiment aangetoond kunnen worden. des te zwaarder het deeltje. Licht bestaat uit fotonen en hebben geen interactie met het H iggs veld. Ze hebben dan dus ook geen massa. 1 Pagina 2 van 10

3 DE ONTDEKKING De zoektocht naar een/het Higgsdeeltje heeft zo n 48 jaar geduurd. Dit komt omdat het kunstmatig gemaakt moet worden en moeilijk waar te nemen is. Om de hoeveelheid energie te vormen die nodig is om een Higgsdeeltje te laten ontstaan zijn de Large Hadron Collider (LHC) van CERN en de Tevatronversneller van Fermilab gebruikt. In een deeltjesverneller botsen deeltjes met hoge snelheid tegen andere deeltjes. Bij een botsing komt er veel energie vrij waardoor er andere deeltjes ontstaan. Bij een bepaalde hoeveelheid energie kunnen bepaalde deeltjes ontstaan. Het Higgsdeeltje onstaat dus pas als de minimale hoeveelheid energie die nodig is om een Higgsdeeltje te vormen vrijkomt. Maak je deze hoeveelheid energie, dan is er een kans dat er een Higgsdeeltje ontstaat. Echter zal een Higgsdeeltje dat gevormd wordt vrij snel weer uit elkaar vallen naar andere, stabielere deeltjes. [4 Deze deeltjes worden opgevangen door de detectoren ATLAS en CMS. Hieruit is af te leiden welke deeltjes gevormd zijn. Via het Standaardmodel is af te leiden hoe een Higgsdeeltje gevormd kan worden, en hoe het weer vervalt. Uit alle data wordt dan naar de brokstukken van een Higgsdeeltje gezocht. Het probleem hierbij is dat er andere deeltjes zijn met dezelfde vervalreactie. Om er achter te komen of er Higgsdeeltjes of andere deeltjes ontstaan zijn moet het experiment heel vaak herhaald worden, totdat er een duidelijk patroon ontstaat. Bij deeltjesexperimenten geldt dat de kans op een toevalstreffer kleiner moet zijn dan 1: De massa van een Higgsdeeltje is niet te berekenen met het Standaardmodel en dus moeilijk te bepalen. De massa van een Higgsdeeltje is bepaald door massa s dat het niet kan hebben uit te sluiten. Zo werd er in 2001 bepaald dat een Higgsdeeltje een minimale massa moet hebben van 115 GeV. Volgens een experiment met de Tevatronversneller zou een Higgsdeeltje een massa moeten hebben van een waarde tussen de 117 en 251 GeV. Op 13 December 2011 maakte CERN bekend dat uit de data bleek dat ze een nieuw deeltje gevonden hadden, mogelijk het Higgsdeeltje. Op 4 Juli 2012 werd officieel bekend gemaakt dat er een nieuw deeltje gevonden was met een massa van 125,3 GeV. Verder onderzoek zal moeten verduidelijken of dit om een Higgsdeeltje of een ander deeltje gaat. Het gevonden deeltje vertoont gedrag wat je bij een Higgsdeeltje verwacht, maar nog niet over alle eigenschappen is duidelijkheid. De vraag is dus of CERN een Higgsdeeltje gevonden heeft of een ander nieuw deeltje. Het is ook mogelijk dat er meerdere soorten Higgsdeeltjes bestaan en dat dit gevonden deeltje er daar één van is. De vorming van een Higgsdeeltje door botsing van twee quarks en twee gluonen. [2 DE SIGNIFICANTIE De hoogstwaarschijnlijke succesvolle ontdekking van een/het Higgsbosondeeltje heeft zo'n 13,3 miljard dollar gekost. [5 Wat maakt deze ontdekking zo belangrijk? Om te beginnen heeft deze ontdekking een van de grootste raadsels binnen de deeltjesfysica opgelost en zijn we erachter gekomen waarom deeltjes massa hebben. Maar belangrijker nog is dat het deeltje dat is ontdekt een nieuw soort deeltje is. Elk deeltje in de deeltjesfysica dat wetenschappers voorheen hadden ontdekt bezat een eigenschap die 'spin' wordt genoemd. In het boek Het Heelal (Engels: A Brief History of Time) van de beroemde kosmoloog Pagina 3 van 10

4 Stephen W. Hawking wordt uitgelegd: "We kunnen ons beeld van deze eigenschap spin vormen door ons de deeltjes voor te stellen als kleine tolletjes die rond hun as draaien. Toch kan dit een misleidend beeld zijn, want de kwantummechanica leert ons dat deeltjes geen vastomschreven as hebben. Uit de spin van een deeltje blijkt alleen hoe het deeltje er, vanuit verschillende richtingen beschouwd, uitziet. Een deeltje met spin 0 (afb. 4A) ziet eruit als een stip: vanuit iedere richting bekeken ziet het er hetzelfde uit. Een deeltje met spin 1 (afb. 4B) ziet eruit als een pijl: vanuit iedere richting bekeken ziet het er anders uit. Alleen na een volledige omdraaiing (360 0 ) ziet het deeltje er weer hetzelfde uit. Een deeltje met spin 2 (afb. 4C) ziet eruit als een dubbele pijl: na een halve slag (180 0 ) ziet het er weer hetzelfde uit. Deeltjes met een nog grotere spin zien er ook na minder dan een halve slag te zijn gedraaid weer hetzelfde uit. Dit valt nog allemaal te begrijpen, maar het opmerkelijke feit doet zich voor dat er ook deeltjes zijn die er na een volle slag niet hetzelfde uitzien: ze moeten tweemaal gedraaid worden! Dit zijn deeltjes met spin 1/2 (afb. 4D)." [6 Het Higgsdeeltje is de eerste van zijn soort dat geen spin heeft, wat de ontdekking dan ook van groot belang maakt. [7 Voor de ontdekking van het Higgsdeeltje hebben Francois Englert en Peter Higgs een Nobelprijs gewonnen. [8 Doordat een Nobelprijs niet postuum mag worden toegekend werd Robert Brout, overleden in 2011, uitgesloten. [9 REFERENTIES [ Pagina 4 van 10

5 a [ 2 n [ 3 w [4 Pagina 5 van 10

6 t higgsde e ltje/#vraag 4 [5 s findin g higg s boso Pagina 6 van 10

7 n cos t billio n [6 Stephen W. Hawking Het Heelal p.96 Pagina 7 van 10

8 97 [7 e nature/ho w th e higg s boso n wa Pagina 8 van 10

9 s foun d / [8 l priz e i n physic Pagina 9 van 10

10 s liv e blo g " From 1974, the Statutes of the Nobel Foundation stipulate that a Prize cannot be awarded posthumously ( )" [9 / Pagina 10 van 10