Elementaire deeltjes

Tot 1930 zat de materiële wereld simpel in elkaar. Er waren amper vier elementaire deeltjes met zekerheid bekend: het proton, het neutron, het elektron en het foton. Men wist dat een atoomkern was samengesteld uit protonen en neutronen, en dat rond deze kern een wolk elektronen cirkelden. De protonen en neutronen waren 1800 maal zo zwaar als de elektronen. Men wist ook dat een proton positief en een elektron negatief geladen was. Deze lading was de kleinste die men kende en werd de elementaire lading genoemd. Verder wist men ook dat het foton de drager was van de elektromagnetische kracht, en dat atomen soms fotonen uitzonden.
Toen kwam de quantumtheorie. Sindsdien zitten we opgescheept met quarks, hadronen, leptonen, en nog zulke exotisch deeltjes. Laten we alles eens op een rijtje zetten.

Neutrino's

In 1931 kwam Wolfgang Pauli tot de conclusie dat er iets niet klopte bij een bepaald soort kernreactie, het β-verval. Uit zijn berekeningen bleek dat er tijdens dit verval een nieuw deeltje moet worden gevormd, het neutrino.
Dit deeltje heeft nauwelijks of geen massa, geen lading en reageert nauwelijks met andere deeltjes. Om het neutrino te kunnen waarnemen zijn dan ook gigantische detectoren gebouwd.
Tegenwoordig wordt Pauli zijn deeltje het elektron-neutrino genoemd en behoort het samen met het elektron tot de klasse van de leptonen.

Anti-deeltjes

In 1928 had Paul Dirac het bestaan van een elektron met een positieve lading voorspeld, het positron. In 1932 werd dit deeltje ook werkelijk ontdekt. Ook protonen en neutronen bleken zo een anti-deeltje te hebben, het anti-proton en -neutron. Het antiproton werd in 1953 ontdekt.
Uiteindelijk bleek zo goed als elk deeltje een anti-deeltje te hebben, sommige deeltjes zijn zelfs hun eigen anti-deeltje.

Mesonen

In 1935 voorspelde Hideki Yukawa het bestaan van mesonen, deeltjes zwaarder dan een elektron, maar lichter dan een proton. Zijn theorie bleek uiteindelijk fout, maar in 1947 werden er toch zulke deeltjes ontdekt in kosmische straling. Ze bleken echter andere eigenschappen te hebben dan Hideki had voorspeld.
Het nieuw ontdekte deeltje werd pi-meson of pion genoemd en bleek in drie soorten voor te komen: positief, negatief of ongeladen. De massa was ongeveer gelijk aan 270 maal die van het elektron.
Ondertussen zijn er 15 soorten mesonen bekend, waaronder ook een paar met massa's groter dan die van het proton.

Leptonen

In 1936 had men reeds een mu-meson of muon ontdekt, met 200 maal de massa van een elektron. Al vlug bleek dat dit deeltje dezelfde eigenschappen had als een elektron en dus geen echt meson kon zijn. Ook dit deeltje bleek een neutrino te hebben, het muon-neutrino. Later werd een nog zwaardere versie van het elektron ontdekt, het tau-deeltje, met bijhorend tau-neutrino.
Al deze deeltjes hebben gemeen dat ze niet aan de sterke wisselwerking deelnemen, één van de vier elementaire krachten. Ze vormen samen de reeds vernoemde klasse van de leptonen.

Baryonen

Toen fysici na 1950 de beschikking kregen over steeds maar grotere deeltjesversnellers, werden deeltjes ontdekt die leken op zware of vreemde protonen en neutronen. Deze deeltjes werden de hyperonen genoemd. Sommige deeltjes hebben maar een levensduur van 10-22s. Samen met het proton en het neutron vormen ze de klasse van de baryonen.

Krachtwerking

In de natuur bestaan er vier elementaire krachtwerkingen: de elektromagnetische kracht, de zwaartekracht, de sterke wisselwerking en de zwakke wisselwerking. Omdat de elektromagnetische kracht werd overgebracht door een deeltje, het foton, dacht men dat de anderen ook zo een deeltje hadden. En zo komt de sterke wisselwerking nu met het intermediaire vector boson, en de zwakke met het gluon. Enkel het graviton voor de zwaartekracht blijft onvindbaar.

Quarks

Mesonen en baryonen, samen hadronen genoemd, komen zo talrijk voor dat men begon te vermoeden dat ze uit nog kleinere deeltjes bestonden. Deze werden deeltjes werden quarks genoemd. Tot 1994 zijn er zes ontdekt: up, down, charm, strange, top en bottom. Alle mesonen bestaan uit twee quarks, baryonen uit drie. Het proton bestaat zo uit twee up- en één down-quark.

En verder?

Na de quarks, leptonen en krachtdeeltjes staan de volgende deeltjes al klaar om ontdekt te worden. Zo is er bijvoorbeeld het Higgs-boson dat kan verklaren waarom deeltjes massa hebben, en tiendimensionale snaren. Er is in ieder geval genoeg om elementaire deeltjes-fysici nog lang bezig te houden.
» home       » site kaart       » info       » contact
Laatst aangepast: 18.3.2005
Copyright © 2000-2005, Maarten Driesen