Het bovenste spoor dat begint bij de horizontale loodplaat is van het positron.
Inhoudsopgave:
Paul Dirac voorspelde antimaterie
Het eerste waargenomen positron
Video: What happened to antimatter?
Video: The antimatter factory CERN
Animation The path of the protons
Grootste ondergrondse tunnel ooit
Video: Robbert Dijkgraaf over detectie eerste zwaartekrachtsgolven
Video's: QuarkGluon Plasma Zwaartekrachtsgolven Cosmic rays Neutrino's
Alle individuele atomen zijn samengesteld uit protonen, neutronen, elektronen en neutrino's. Protonen en neutronen zijn weer samengesteld uit quarks. Al deze elementaire en subatomaire deeltjes hebben óók weer hun eigen antideeltjes.
In 1928 kwam de Britse natuurkundige Paul Dirac als eerste met een wiskundige formulering voor het elektron in zijn vergelijking. Hij voorspelde hierin dat het antideeltje van het elektron óók zou moeten bestaan. In 1932 werd het deeltje ontdekt door Carl Anderson. Die zag de sporen van een deeltje in een nevelvat, dat overeenkwam met een elektron, maar in een magneetveld symmetrisch de andere kant opboog: het moest positief geladen zijn. Hij noemde dit antideeltje van het elektron positron.
De voorspelling van antimaterie
SlidePlayer met Engelstalige beschrijving.
In de deeltjesfysica is de Dirac-vergelijking een relativistische golfvergelijking die in 1928 door Paul Dirac is afgeleid.(Relativistische quantummechanica is quantummechanica toegepast met speciale relativiteitstheorie.)
- Relativistische golfvergelijking voorspelt het gedrag van deeltjes met zeer hoge energie en snelheden van bijna de lichtsnelheid, alsmede de dynamiek van quantumvelden (waarin fysische modellen van subatomaire deeltjes worden geconstrueerd).
- Dirac's doel bij het uitbrengen van deze vergelijking was om het gedrag van het relativistische (met bijna de lichtsnelheid) bewegende elektron te verklaren, en zo het atoom te laten behandelen op een manier die overeenkomt met de relativiteitstheorie. Zijn nogal bescheiden hoop was dat de op deze manier aangebrachte correcties gevolgen zouden kunnen hebben voor het probleem van de atomaire spectra.
- Voor de liefhebbers: de vergelijking beschrijft de details van het waterstof-spectrum op een volledig wiskundige manier.
In zijn vrije vorm, inclusief elektromagnetische interacties, beschrijft Dirac alle deeltjes met spin ½ zoals elektronen en quarks waarvoor pariteit een symmetrie is d.w.z. spiegelsymmetrisch. Ter vergelijking: bij een pariteittransformatie worden de ruimtelijke coördinaten omgekeerd.
Het was de eerste theorie die volledig rekening hield met de speciale relativiteitstheorie in de context van de quantummechanica. De vergelijking impliceerde het bestaan van een nieuwe vorm van materie, die voorheen niet werd vermoed en niet werd waargenomen, maar antimaterie werd enkele jaren later experimenteel bevestigd.
Hoewel Dirac het belang van zijn resultaten aanvankelijk niet volledig inzag, is de daarmee gepaard gaande verklaring van spin als gevolg van de vereniging van quantummechanica en relativiteitstheorie - en de uiteindelijke ontdekking van het positron – één van de grote triomfen van de theoretische fysica. Deze prestatie is beschreven als volledig vergelijkbaar met de werken van Newton, Maxwell en Einstein vóór hem.
Het eerste waargenomen positron door Carl Anderson in 1932. Horizontaal loopt een loodplaat met een dikte van 6 mm, die de nevelkamer in tweeën deelt. Het bovenste spoor dat begint bij de loodplaat is van het positron.
Deeltje en antideeltje ontstaan vaak tegelijkertijd. Dit wordt paarvorming genoemd. Bijvoorbeeld: een energierijk gammafoton kan in de buurt van een atoomkern overgaan in een positron en een elektron γ → e+ + e-
Paarvorming:
Een energierijk γ foton (gammafoton) kan in de buurt van een atoomkern overgaan in een positron en een elektron.
γ → e+ + e-
Annihilatie
Komen een positron en een elektron bij elkaar, dan kunnen beide overgaan in fotonen. Als er twee fotonen gevormd worden, zullen de twee fotonen vrijwel gelijke energie hebben en in vrijwel tegenovergestelde richting gaan bewegen. Dit proces van wederzijdse vernietiging wordt annihilatie genoemd. De massa van beide deeltjes wordt omgezet in energie: E=MC2
e− + e+ ⟶2 γ
Het lijkt erop dat het 'we', dus alles in het universum, op één of andere manier geluk gehad hebben......dat er bij aanvang een minieme asymmetrie bestond tussen materie en antimaterie....
Maar wat veroorzaakte deze asymmetrie?
Het waargenomen teveel aan materie ten opzichte van antimaterie in het heelal is in onbalans. Deze onbalans duidt op een verschil in het gedrag van materie en antimateriedeeltjes.
Dit verschil, of 'asymmetrie', staat bekend als
CP-schending
Deze term verwijst naar de transformatie die een deeltje verwisselt met het spiegelbeeld van zijn antideeltje. CP-schending is een essentieel kenmerk van het universum, noodzakelijk om de processen te begrijpen, die na de inflatie van het heelal de overvloed aan materie boven antimaterie hebben vastgesteld die we in het huidige universum waarnemen.
Ik citeer het fragment wat vermeld staat in m'n andere site over de CP-schending:
Deze asymmetrie tussen materie en antimaterie is dus aangetoond, maar waar het effect vandaan komt blijft onduidelijk. De belangrijkste theorie die de voorkeur van het heelal voor materie probeert te verklaren werd door Andrei Sakharov ontwikkeld. Deze theorie, de genoemde CP schending, gaat er vanuit dat deeltjes waarvan de spin (pariteit / richting) en lading wordt omgedraaid nét iets meer veranderen dan dat je op die basis zou verwachten.
Even tussen de regels door iets menselijks: We kennen allemaal het overweldigende gevoel van 'n perfecte timing!!
Ik ben er van overtuigd, dat er ook zoiets bestaat als anti-timing.
Mogelijk óók 'n vorm van CP schending: er was even iets mis met 'n bepaalde eigen lading en richting.
Toch is de theorie over asymmetrie niet genoeg om alles te kunnen verklaren: de voorkeur van het heelal voor materie is namelijk veel groter dan zijn theorie uitlegt. Wetenschappers wijzen daarom op een ander mechanisme dat voor de eigenaardige vondst verantwoordelijk kan zijn!
Het gaat hier om mesonen.
Bij een proton-antiprotonbotsing worden niet onmiddelijk muonen gevormd. Daarvóór ontstaan er namelijk andere deeltjes: B-mesonen: vreemde, zware samengestelde deeltjes, die bestaan uit een ‘bodem’ antiquark en een ‘vreemd’ quark, die voortdurend heen en weer oscilleren tussen z’n materie en antimaterie staat van zijn: ze veranderen dus aan de lopende band van materie naar antimaterie en weer terug!
Maar, nu komt het:
Het is voor B-mesonen net iets makkelijker van anti-B-meson naar B-meson om te schakelen dan andersom. Vandaar dat ze zich gemiddeld iets langer als materie gedragen dan antimaterie, en dus ook iets vaker naar gewone muonen dan naar antimuonen vervallen. Die B-mesonen moeten ook in de eerste momenten na de inflatie hebben bestaan en men vermoedt dat onderzoek van de B-mesonen het werkelijke geheim van de baryon-asymmetrie kan onthullen: asymmetrie van protonen en neutronen.
In Japan en de VS zijn natuurkundigen met experimenten bezig, om B-mesonen en anti-B-mesonen te produceren. Uit de resultaten daarvan blijkt dat in het verval van deze deeltjes andere dingen gebeuren dan het Standaardmodel op grond van de CP-schending voorspelt. In de VS was dit het BaBar experiment. Zie ook dit proefschrift van de Vrije Universiteit van Amsterdam: research.vu.nl
Experiment BaBar
Is in 2010 gestopt.
BaBaR was een High Energy Physics-experiment in het SLAC National Accelerator Laboratory, nabij Stanford University, in Californië.
Voor elk materiedeeltje bestaat er een equivalent deeltje met tegengestelde quantumeigenschappen, een antideeltje genoemd. Deeltjes- en antideeltjesparen kunnen worden gecreëerd door grote opeenhopingen van energie en, omgekeerd, wanneer een deeltje een antideeltje ontmoet, vernietigen ze met intense energie-uitbarstingen. Op het moment van de 'oerknal' moet de grote accumulatie van energie een gelijk aantal deeltjes en antideeltjes hebben gecreëerd. Maar in het dagelijks leven komen we geen antideeltjes tegen. De vraag is daarom: "Wat is er met de antideeltjes gebeurd?"
Het doel van het experiment was om de schending van ladings- en pariteitssymmetrie (CP) in het verval van B-mesonen te bestuderen. Deze overtreding manifesteert zich als verschillend gedrag tussen deeltjes en antideeltjes en is de eerste stap om de afwezigheid van antideeltjes in het dagelijks leven te verklaren.
Belle II in Japan, is inmiddels al de opvolger geworden van het Belle experiment, dat liep van 1999 tot 2010. Belle II begon in 2018 met het verzamelen van gegevens. Tijdens de lopende periode zal Belle II naar verwachting ongeveer 50 keer meer gegevens verzamelen dan zijn voorganger. De experimenten worden gedaan in zogenoemde B-fabrieken, die Bottom-quarks, b-quarks, onderzoeken op hun eigenschappen en gedrag.
CERN
Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire
CERN onderzoekt de fundamentele structuur van deeltjes waaruit alles om ons heen bestaat. Men maakt er gebruik van 's werelds grootste en meest complexe wetenschappelijke instrumenten, zoals de
Genève, 10 augustus 2000 is de unieke antimateriefabriek van CERN opgestart. De Antiproton Decelerator (AD), is toen begonnen met het afleveren van antiprotonen voor experimenten. Deze experimenten zullen antimaterie diepgaand bestuderen om te bepalen of er een verschil is tussen antimaterie en gewone materie
Op 18 oktober 2017 publiceerde de BASE-samenwerking een nieuwe meting van het magnetisch moment van het antiproton, met een precisie die groter is dan die van het proton. Dit nieuwe resultaat maakt het mogelijk om materie en antimaterie met een ongekende nauwkeurigheid te vergelijken.
CERN is waarschijnlijk het best bekend vanwege de enorme versnellers en het onderzoek met deeltjesbundels met zeer hoge energie. De Antiproton Decelerator is de antithese. Het is slechts 188 meter in omtrek en is ontworpen om deeltjes te vertragen in plaats van te versnellen. Antiprotonen met hoge energie, worden gegroepeerd in dichte trossen, dan vertraagd tot het 'rustige tempo' - in CERN-normen - van een tiende van de lichtsnelheid. Vervolgens neemt de opmerkelijke technische verfijning van de experimenten het over. De antiprotonen worden óf in elektromagnetische velden gevangen óf in gewone atomen 'geïnjecteerd'. De snelheid van de gevangen antiprotonen is nu teruggebracht tot een paar miljoenste van de lichtsnelheid. De eens weerbarstige antiprotonen staan vrijwel stil en verder onderzoek kan beginnen.
- Bij deze experimenten wordt vloeibare stikstof (-196°C) en vloeibaar helium (-271°C) gebruikt om de 'Penning trap' extreem koud te houden, wat nodig is om te voorkomen dat de anti-protonen geannihileerd worden.
Cylindrische Penning trap
De protonenbron is een eenvoudige fles waterstofgas. Een elektrisch veld wordt gebruikt om waterstofatomen van hun elektronen te ontdoen om protonen te verkrijgen.
De ondergrondse Large Hadron Collider heeft een omtrek van 27 km. De posities van de vier grootste LHC-experimenten, ALICE, ATLAS, CMS en LHCb, worden in beeld gebracht.
De eerste versneller in de keten, versnelt de protonen tot een energie van 50 MeV. De straal wordt vervolgens geïnjecteerd in de Proton Synchrotron Booster (PSB), die de protonen versnelt tot 1,4 GeV, gevolgd door de Proton Synchrotron (PS), die de straal naar 25 GeV duwt. Protonen worden vervolgens naar de Super Proton Synchrotron (SPS) gestuurd waar ze worden versneld tot 450 GeV.
De protonen worden uiteindelijk overgebracht naar de twee buizen van de LHC. De straal in de ene buis circuleert met de klok mee, terwijl de straal in de andere tegen de klok in circuleert, waarbij de energie toeneemt tot ze 6,5 TeV bereiken. Onder normale bedrijfsomstandigheden circuleren balken vele uren in de LHC-buizen. De twee bundels worden in botsing gebracht in vier detectoren - ALICE, ATLAS, CMS en LHCb - waar de totale energie op het botsingspunt gelijk is aan 13 TeV.
Een Tera-elektronvolt is een miljoen keer een miljoen (ofwel: een biljoen) elektronvolt. Omdat dit zóveel energie is, zijn er op diverse plekken in de tunnel grote metalen opvangblokken geplaatst. Mocht de bundel niet meer onder controle kunnen worden gehouden......
Botsingen vinden elke 25 nanoseconden plaats. Geselecteerde gebeurtenisgegevens worden vervolgens naar het CERN-datacenter gestuurd dat de eerste gegevensreconstructie uitvoert en een kopie van de gegevens maakt voor langdurige opslag, terwijl ruwe en opnieuw samengestelde gegevens naar het computernetwerk worden gestuurd. De wereldwijde LHC Computing Grid-infrastructuur omvat twee locaties, één op CERN en één in Boedapest, Hongarije, evenals andere kleinere computersites verspreid over de hele wereld.
Nikhef
Nikhef is het Nationaal instituut voor subatomaire fysica in Nederland, gevestigd in Amsterdam. Oorspronkelijk was de naam Nationaal Instituut voor Kernfysica en Hoge-Energiefysica, afgekort als NIKHEF.
Een groot deel van het onderzoek van Nikhef vindt plaats bij de deeltjesversneller op CERN, de ‘Large Hadron Collider’. Daarnaast is Nikhef actief in de astrodeeltjesfysica, waarbij interacties van hoogenergetisch deeltjes vanuit de ruimte met de atmosfeer of het zeewater worden waargenomen.
Nikhef maakt deel uit van een samenwerking tussen vijf landen om zwaartekrachtgolven te detecteren met behulp van de Virgo-detector in Italië. Deze golven zijn rimpelingen in de ruimtetijd, en werden in 2015 voor het eerst waargenomen, zie Video Samensmeltende neutronensterren
Nikhef.nl/nieuw licht op verschil tussen materie en antimaterie
Wat ik al vertelde over CP-schending.
Even ter herinnering: er bestaan zes soorten quarks, ook wel smaken genoemd. Elke 'generatie' van elementaire deeltjes vormen een paar:
- Up- en down-quarks is ‘n 1e generatie // charm- en strange-quarks ‘n 2e // top- en bottom-quarks ‘n 3e generatie.
- Bij elke opvolgende generatie wordt de massa groter
Voor elke quark bestaat er als antideeltje een antiquark, met de tegengestelde lading. Het LHCb -experiment is gespecialiseerd in het onderzoeken van de kleine verschillen tussen quarks en antiquarks. Specifiek wordt het bottom-quark oftewel "b-quark" (ook wel "beauty-quark") bestudeerd. De bottom-quark kan door de zwakke kernkracht vervallen tot een up-quark óf een charm-quark.
First results from the Large Hadron Collider's ALICE experiment: Early-universe-liquid.
Wat kosmische stralen zijn vind je ook op m'n andere website: Kosmische straling en neutrino’s
Vandaag vroeg ik me af: “Waar ga ik nu verder?” en nam een pauze, even ‘n pas op de plaats.
Ik nam eerst de richting van de Snaartheorie, waarin ik me al jaren geleden verdiepte. Deeltjes worden voorgesteld als minuscule snaartjes. De manier waarop de snaartjes trillen bepaalt de eigenschap van de betreffende snaren. Zeer aannemelijk omdat nou eenmaal ALLES op quantumniveau uit energie-trillin bestaat. De theorie wordt door een aantal natuurkundigen daarom geprezen, terwijl anderen die trillende snaartjes maar niks vinden. Snaartheorie is wél een moeilijke theorie die probeert om bepaalde verschijnselen die tot nu toe onverklaarbaar zijn, wiskundig te verklaren.
Een snaar heeft in de letterlijke zin van het woord meerdere dimensies die een puntvormig deeltje nou eenmaal niet heeft: de snaar heeft een lengte, een uitgestrektheid hoe minuscuul die ruimte ook is. Daarmee 'voelt' een snaar de meetkunde van die ruimte om zich heen op een heel andere manier dan een puntdeeltje.
Maar wat nu nog onvoorstelbaar lijkt, kan over tien of twintig jaar al heel anders bekeken worden. Wanneer we ons bijvoorbeeld weten te oriënteren in prachtige meetkundige dimensies......
Een meetkundige weergave van de snaartheorie. Een belangrijke rol bij het beschrijven van de theorie wordt gespeeld door de zogeheten Calabi-Yau-variëteiten: meetkundige vormen die bepalen wat de precieze inhoud van de theorie is.
Vijftien jaar geleden was Brian Greene mijn gids op m'n zoektocht en leerde mij de kosmos te ontrafelen. Vandaag volgde ik hem opnieuw om me weer 'ns te oriënteren. Allereerst binnen zijn eigen onderzoeksgebied: de snaartheorie.
Brian Greene's indrukwekkende impressie.
Meteen daarna zag ik een videofragment van een interview waar ik sprakeloos van werd.
In Februari 2020 verscheen het nieuwe boek van Brian Greene 'Until the end of time'. Op YouTube is het interview te zien dat Janna Levin over het boek, en over het bewustzijn had met de Amerikaanse wis- en natuurkundige, tevens excellente auteur en boeiend verteller.
De verre toekomst…….
Het universum is dan slechts nog een bad vol met deeltjes, drijvend in een duisternis. Alle structuren zijn uiteengevallen en er is niets anders meer dan deeltjes in een leegte…..(zoals het ook begon…..)
Maar kijk nu eens om je heen en zie wat deze enorme hoeveelheid aan deeltjes allemaal hebben samengesteld en besef hoe onwaarschijnlijk het eigenlijk is dat deze deeltjes in gigantische aantallen er gewoon zijn!!!
Jij en ik (en eigenlijk alles om ons heen) zijn producten van een reeks quantumprocessen, reikend helemaal terug vanaf het ontstaan van het heelal, waarvan elk quantumdeeltje verschillende kanten op kon gaan.
Quantumdeeltjes gingen de voor het leven goede kant op in plaats van de andere kant, dat een universum had opgeleverd, waarin totaal geen leven mogelijk zou zijn geweest.
Wees dankbaar
dat er in ieder geval op deze planeet leven mogelijk is en dat wij als mens de mogelijkheid hebben het leven en alles om ons heen te kunnen begrijpen.
- Until the end of time..........consciousness matters!!!
YouTube het hele interview.
De eerste regels van het e-book:
De verlokkingen van de eeuwigheid
In de volheid der tijden sterft alles wat leeft. Al meer dan drie miljard jaar lang. Terwijl eenvoudige en minder eenvoudige soorten hun plaats in de aardse hiërarchie innemen, werpt de zeis van Magere Hein voortdurend zijn schaduw over het bloeien van het leven.
Omdat het leven uit de oceaan kroop, het land bewandelde en zelfs zijn vleugels uitsloeg in de lucht, werd het aardse leven steeds diverser.
Wacht lang genoeg en het grootboek van geboren worden en sterven, met meer regels dan er sterren in het heelal zijn, is met een ongevoelige precisie steeds in balans. Dat elke specifieke levensvorm ooit aan zijn eind komt, hoef je niet te voorspellen. Het lot van elk levend wezen staat vooraf al vast.
Maar dat dit lot ons boven het hoofd hangt, onontkoombaar als het ondergaan van de zon, schijnen alleen wij mensen in de gaten te hebben.