Theorie


Als het atoom de afmeting heeft van een voetbalveld, dan is de kern, die bestaat uit dichtopeengepakte protonen en neutronen, een kiezelsteen die op de middenstip ligt. De negatief geladen elektronen bewegen om de positief geladen kern heen. Zij worden in hun banen gehouden door de elektrische aantrekkingskracht. De 'dragerdeeltjes' van deze kracht zijn 'fotonen' die tussen de ladingen uitgewisseld worden en die zich met de lichtsnelheid verplaatsen. De elektrische kracht wordt sterker als de afstand tussen de ladingen kleiner wordt.

In de dichtopeengepakte atoomkern oefenen de positief geladen protonen een afstotende elektrische kracht op elkaar uit. Deze afstotende kracht is duizenden miljoenen malen sterker dan de aantrekkingskracht tussen de elektronen en de kern. Dat de kern toch niet uitéénvalt is te danken aan de 'sterke kernkracht' die de protonen en neutronen bijeenhoudt. De dragerdeeltjes van deze kracht zijn de 'pionen'. Pionen, neutronen en protonen zijn op hun beurt weer samengesteld uit kleinere deeltjes, de quarks. Het is uiteindelijk de sterke kracht tussen de quarks, die tot stand komt door de uitwisseling van 'gluonen', die verantwoordelijk is voor de opbouw van protonen, neutronen, pionen en atoomkernen. De sterke kracht wordt beschreven door de theorie van de quantum-chromodynamica.

De derde kracht die een rol speelt in de kern is de zwakke kracht. Deze veroorzaakt natuurlijk radioactief verval en is meer dan een miljoen maal zwakker dan de sterke kracht. De zwakke kracht werkt alleen op extreem korte afstand. Dat komt doordat de dragerdeeltjes van deze kracht, het W- en Z-deeltje, zwaar zijn: honderdmaal zwaarder dan een proton. De zwakke en de elektromagnetische kracht worden in het, door experimenten bevestigde, Glashow-Weinberg-Salam model onder één noemer gebracht: de elektrozwakke kracht.

Elementaire deeltjes worden onderverdeeld in hadronen en leptonen. Hadronen zijn onderhevig aan alle natuurkrachten. Zij hebben een eindige afmeting en zijn opgebouwd uit quarks. Er zijn zes typen quarks (ook wel 'smaken' genoemd) en verschillende quarkcombinaties leveren verschillende hadronen op. Slechts twee smaken ('up' en 'down') zijn van belang voor protonen, neutronen en pionen. Leptonen, zoals bijvoorbeeld het elektron, zijn niet gevoelig voor de sterke kracht. Zij zijn onmeetbaar klein en hebben geen inwendige structuur. Quarks en leptonen kunnen in drie families gegroepeerd worden.


Het bovenstaand scenario van leptonen, hadronen, elektrozwakke- en sterke kracht staat bekend als het Standaard Model. Alle waargenomen verschijnselen passen erin en alle voorspellingen zijn tot nu toe uitgekomen. In het Standaard Model speelt het nog niet ontdekte Higgs-deeltje een cruciale rol. Het is ondermeer verantwoordelijk voor de massa's van quarks en leptonen en voor het feit dat de elektrozwakke kracht zich in twee vormen manifesteert; de elektromagnetische- en de zwakke kracht. Met de ontdekking van het Higgs-deeltje zou er licht geworpen worden op fundamentele vragen: Waarom hebben quarks en de W- en Z-deeltjes precies de massa die ze hebben? Waarom zijn er drie quark- en lepton-families? Kunnen de elektrozwakke kracht, de sterke kracht en de zwaartekracht uit één enkele natuurkracht worden afgeleid?

De theoretici onderzoeken de fundamentele eigenschappen van deeltjes en krachten waarbij vaak nieuwe mathematische methoden ontwikkeld worden. Ook proberen ze de opbouw van materie te begrijpen met behulp van modellen en computerberekeningen. Deze ontwikkelingen verlopen parallel aan het experimentele programma.



introductie organisatie theorie
computers technologie onderwijs

Terug naar de index.