Higgs-deeltje Peter Renaud Heideheeren Inhoud 1. Onze fysische werkelijkheid 2. Newton Einstein - Bohr 3. Kwantumveldentheorie 4. 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 1 e 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 = m x a 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 c 2 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 Heisenberg Schrödinger 3 oktober 2012 Heideheeren 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 Plaats en snelheid Energie en tijd Als één van beide vaststaat Is er een kansverdeling 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 5 e 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 fotonen Sterke kernkracht gluonen Zwakke kernkracht W- en Z-boson Zwaartekracht?? Graviton?? Massa Higgs-boson?? 3 oktober 2012 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