deeltjesversneller
 

Ik heb gehoord dat er in het zwitserse onderzoekscentrum CERN een deeltjesversneller met een doorsnede van enkele kilometers is. Wat gebeurd er in een deeltjesversneller en waarom moet het zo groot zijn?

Inderdaad, die is in aanbouw en rond 2007 gereed.

In een deeltjesversneller worden, simpel gezegd, deeltjes versneld. ;)

Dat houdt in dat er een groot potentiaalverschil wordt aangebracht, waardoor er een grote elektrische kracht gaat werken op de deeltjes. Hoe langer de tunnel, hoe meer je de deeltjes kunt versnellen. Met behulp van een deeltjesversneller kun je deeltjes met zeer hoge kinetische energie op elkaar laten botsen, waardoor interessante effecten ontstaan.

Eén van de doelen van de LHC (Large Hadron Collider) in CERN is het aantonen van het graviton (als het al bestaat). Dit hypothetische deeltje speelt een rol in de supersnarentheorie.

Wat voor interessante effecten dan? :o
Is het de bedoeling om door de botsing elementaire deeltjes te ontdekken?

De naam van een deeltjesversneller zegt exact wat het ding doet: deeltjes versnellen. De werking ervan is exact zoals Mephostophilis het zegt...

Je hebt verschillende soorten deeltjesversnellers. Ze hoeven helemaal niet zo groot te zijn, maar het is algemeen gesteld wel zo dat hoe groter de diameter, hoe grotere snelheden men erin kan halen. De meest optimale vorm voor een deeltjesversneller is dus een cirkel. Niet zozeer vanwege de vorm van de cirkel, maar wel omdat je dan geen beperking in versnellingsafstand hebt. Wat ze doen is een deeltje inbrengen in de cirkelvormige deeltjesversneller, en het dan met een elektrisch veld versnellen. Is het een negatief deeltje, dan zal men er vlak voor een positief veld aanleggen (aantrekking) en er vlak achter een negatief veld (afstoting). Dit veld veranderen ze dan in functie van de positie en de snelheid van het deeltje, zodat ze het steeds meer en meer kunnen versnellen.
Ondanks het feit dat het een ronde is, zal het deeltje toch niet tegen de wand van de versneller botsen, omdat er rond de "buis" van de deeltjesversneller grote elektromagneten zijn aangebracht die ervoor zorgen dat het deeltje mooi in het midden van de buis blijft en dus niet tegen de wand zal botsen.



Een deeltjesversneller gebruiken ze voor tal van toepassingen, zowel om deeltjes te splitsen als om deeltjes samen te voegen. Dit om dan het effect ervan na te gaan, of om te zien in welke bouwstenen een deeltje bestaat.

'k Ben wel eens benieuwd welke methode ze gaan toepassen om dat aan te tonen. Dat heb ik nog nergens kunnen vinden of gelezen...

Ik heb eerlijk gezegd geen idee. Wat ik ervan begrepen heb is dat ze gaan proberen of ze deeltjes kunnen vinden die eerst verschijnen en dan verdwijnen (een andere dimensie ingaan).

Toevallig rond ik deze week net een project af, die ik had op het NIKHEF. Dit instituut werkt bij mee aan het LHC-project in CERN, en bouwt daarbij onderdelen voor de ATLAS-detector. Ik heb zelf met wat van die onderdelen mogen spelen (nauwkeurigheid testen e.d.). Die onderdelen zijn overigens de muonen-detectoren, waarmee ik muonen kon meten die afkomstig zijn van vervalproducten van kosmische straling dat op de dampkring botst. Het project zelf was wat saai, maar het is natuurlijk wel geinig om met een stellage van 5 meter hoog met daarin een stuk of 5 van die muonenkamers te werken ;)

De ATLAS-detector richt zich met name op proton-proton botsingen, waarbij energien van 14 Tera-electronVolt vrijkomen. Dat is ongeveer de kinetische energie van een mug ;)

CERN:
http://atlasexperiment.org/etours_ph...ern_arial.jpeg
ATLAS-detector:
http://www.hep.phy.cam.ac.uk/~barr/t...tor_backup.png
Muonen detector:
http://wwwatlas.mppmu.mpg.de/mdt/mdt...t_diagonal.jpg
Webcam bij CERN


De ATLAS detector meet uiteraard meer dan muonen ;) Maar doordat muonen door praktisch alles heen gaan, zijn zulke grote kamers nodig om ze te detecteren (en daarbij hun spoor te bepalen tot op enkele micrometers nauwkeurig). In het midden van de ATLAS-detector zitten verschillende soorten caloriemeters, waarmee deeltjes mee kunnen worden gemeten die relatief makkelijk interacteren (zoals fotonen en mesonen: deeltjes bestaande uit een quark en een anti-quark). De grote solenoiden en toroiden zijn gigantische supergeleiders, die een zeer sterk magneetveld veroorzaken. Dat veld zorgt ervoor dat geladen deeltjes een gekromd pad gaan volgen waardoor hun impuls weer kan worden gemeten (sterkte kromming is maat voor snelheid deeltje).

Overigens is het ATLAS-project niet de enige detector die wordt gebouwd. Je hebt ook ALICE, welke zich meer richt op botsingen van zwaardere deeltjes (atoomkernen) en daarbij kijkt naar het ontstane quark-gluon-plasma.

En waar ze allemaal naar op zoek gaan... Sja, van alles eigenlijk. In de eerste plaats willen ze natuurlijk huidige metingen, van bijvoorbeeld de massa van deeltjes, beter bepalen (massa's van bijvoorbeeld up en down quarks zijn niet bepaald goed bekend). Verder is experimentele controle (of weerlegging!) van de huidige theorien altijd goed. Met name in de Quantum Chromo Dynamica is nog veel onbekend, en experimenten kunnen de theoristen een handje op weg helpen.

Maar waar ze altijd op hopen bij deeltjesversnellers zijn natuurlijk het ontdekken van nieuwe deeltjes. De heilige graal is op dit moment toch wel het Higgs deeltje. Dit deeltje is zó belangrijk in het huidige Standaardmodel, dat als het niet zou bestaan het model aan een zijden draadje hangt... Als er bewijs zou kunnen gevonden worden voor dat deeltje, dan levert dat zeker weten een Nobelprijs op.

En over die gravitonen... Dat idee is niet direct gerelateerd aan gravitonen zelf. String theoristen voorspellen min of meer een mogelijkheid, dat zwaartekracht niet per se tot ons universum is gebonden. Gravitonen worden namelijk "beschreven" met zogeheten gesloten snaren. Bij open snaren is het geval dat de uiteinden van de snaar altijd aan een membraan, zoals ons universum, moet vastzitten. Het kan er dus niet vanaf. Gesloten snaren hebben die beperking niet, en kunnen daarom van membraan naar membraan reizen (wat neerkomt op parallelle universa).

Wat is nu het idee bij de deeltjesversneller: stel, er wordt bij een botsing gravitonen gegenereerd (alhoewel het totaal niet bekend is hoe een dergelijk proces zou verlopen). Dan zouden die gravitonen uit ons universum kunnen ontsnappen. De gravitonen snoepen daardoor wat energie weg van ons universum. Meet de energie voor, en de energie na de botsing, en vergelijk de twee. Als de voorspelling klopt moet er energie zijn 'verdwenen'. De energie is dus met de gravitonen uit ons universum verdwenen.

Topic hoort meer thuis op populaire wetenschappen

vet.. als energie kan ontsnappen uit ons 'universum'.. dan kun je misschien de massa ook laten ontsnappen...

Dat ben ik met je eens. -> wetenschap & filosofie

Is die Graviton ook al onderbouwd met wiskunde of wat dan ook? Ik ben niet zo superenthousiast over die hele string theorie.

Ja.

Waarom niet?

Voor zover ik weet over quantum theorie, lijkt string theorie mij een iets te makkelijke uitweg. En ze hebben niet echt veel materiaal, wat nu of in de toekomst de hele theorie zou kunnen onderbouwen. Dat is een beetje jammer.

Ik denk het vinden of het niet vinden van de Graviton binnen de komende jaren na de Large Hadron Collider, een beetje van een omslag zal geven voor veel string theoretica.

String-theory te makkelijke uitweg? Leg uit....

Ik vind de M-theorie behoorlijk overtuigend , ondanks dat ik geen reet van de wiskunde snap. Ik heb zel wel een idee over die gravitons. Ik denk dat gravitons die "opstijgen" van het oppervlak of membranen zich daarbij "afzetten" op materie en anti-materie . Zwaartekracht is dan ook geen aantrekkingskracht door massa , maar eerder een "duwkracht" , waarbij deze groter word , naarmate de graviton "hoger" van het oppervlak is. Je zou de valversnelling eigenlijk moeten spiegelen.

Wellicht dat Ginny meer hier van af kan helpen ;)

Hoe kan je M-theorie behoorlijk overtuigend vinden? De theorie beschrijft hoe de 'overige' 5 stringtheorien met elkaar in verband staan. Dit kan door zogeheten dualiteit-transformaties. Enfin, het komt er op neer dat die 5 theorien (waar mee te rekenen valt) een soort beschrijvingen zijn van limiet-gevallen van 1 overkoepelende theorie: M-theorie. Bij een dualiteit-transformatie ga je over van de ene limiet op de andere limiet (bijvoorbeeld: kleine afstand -> grote afstand), waarbij de ene theorie overgaat in de andere.

Maar die overkoepelende theorie is zelf helemaal niet goed gedefineerd. Ja, er worden wel 'nieuwe' objecten beschreven (p-branes), maar de fundamentele formules ontbreken. Witten beweert zelfs dat de wiskunde die hier voor nodig is nog niet eens is ontdekt.

Maar terug naar zwaartekracht: je moet krachten niet meer zien als iets dat 'afstoot' of 'aantrekt', maar eerder een mechanisme dat zorgt voor uitwisseling van energie en impuls. Krachten zijn een gevolg van de interactie tussen deeltjes/velden, waarbij een zogeheten krachtdeeltje (of beter: wisselwerkingsdeeltje) wordt uitgewisseld. En doordat die uitwisseling plaatsvindt is er een bepaalde 'kans' dat na de botsing het andere deeltje een andere energie/impuls heeft. Maar in die beschrijving is geen ruimte voor zoiets als een kracht-vector. Je werkt juist met potentialen en aktie-integralen, welke bepalen hoe deeltjes zich voor en na de interactie gedragen (dus: welke energie en impuls de deeltjes na de interactie hebben).

Helaas kan ik niet dieper op de stof ingaan, omdat ik zelf (nog) geen quantumveldentheorie heb gehad (laat staan quantumgravitatie), en uiteraard doordat het erg ingewikkelde stof is. Maar ik kan je denk ik wel verzekeren dat het idee van deeltjes die 'opstijgen', en zich daarbij afzetten op andere materie, simpelweg tekort schiet. Want ruwweg gezegd: wisselwerkingsdeeltjes zijn virtuele deeltjes, en zullen daarom altijd terugkeren naar waar ze vandaan kwamen. Hoe verklaar je dat in je model van opstijgen en landen?

Wow interessant hoor. Wat is een Higgs-deeltje? Wat is het standaardmodel? Waarom valt het standaardmodel als het Higgs deeltje niet blijkt te bestaan? Hoe kunnen deeltjes nou ontsnappen naar een ander universum? Wat is een membraan? Kan dit misschien een verklaring opleveren voor de donkere materie?

Ik wil antwoorden! :D

Laat ik eerst maar met het standaardmodel beginnen: men neemt aan dat alle materie is opgebouwd uit 12 deeltjes, die onderling in 3 families kunnen worden opgedeeld. De eerste familie bestaat uit 2 quarks (up en down), het elektron en het (elektron)neutrino. De tweede familie bestaat uit 2 andere quariks (charm en strange), het muon en het muonneutrino. De laatste familie bestaat uit de 2 overige quarks (bottom en top), het tau-deeltje en het tau-neutrino.
Om het begrip Higgs-deeltje te verklaren hebben we 3 andere deeltjes nodig, te weten W⁺, W^- en Z⁰. Deze deeltjes zijn dragers van de zwakke wisselwerking, die verantwoordelijk is voor het verval van deeltjes. Higgs-deeltjes zijn genoemd naar de Schotse natuurkundige Peter Higgs en spelen een belangrijke rol bij de elektrozwakke unificatie: de vereniging van het elektromagnetisme met de zwakke wisselwerking. Higgs-deeltjes geven de lege ruimte een bepaalde structuur (het Higgs-veld genoemd), waardoor W⁺, W^- en Z⁰, doordat ze energie aan dit veld onttrekken, een bepaalde massa hebben. Als er geen Higgs-deeltjes zouden zijn waren W⁺, W^- en Z⁰ massaloos, wat in tegenspraak zou zijn met hun eigenschappen, en ook het einde van de juistheid van het standaardmodel zou betekenen.

snap er de ballen val :|

Ik dacht dat de 5 stringtheoriën , eigenlijk al 1 theorie waren. Dat wil zeggen dat er wel vijf verschillende manieren waren om tot die conclusie te komen , maar dat het eigenlijk weerspiegelingen waren van 1 conclusie. Ten minste had zoiets begrepen van "The Elegant Universe"

http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/program.html

Werd gezegt in Einsteins dream.

De sterke en zwakke wisselwerking zijn toch niet de krachten die zwaartekracht veroorzaken? Ik dacht dat zwaartekracht een andere kracht was. Maare ik ben een leek ;)

En die 5-in-1 is d8 ik dus de grand unification theory. GUT.

Dat klopt niet. De Grand Unification Theory (GUT) omvat alleen het elektromagnetisme en de sterke en de zwakke wisselwerking, maar niet de zwaartekracht. Indien het mogelijk is om de zwaartekracht ook met de overige 3 wisselwerkingen te verenigen, ontstaat een alles omvattende theorie die Theory Of Everything (TOE) wordt genoemd.

toffe docu :)

maar wat ik even niet begrijp: Als een snaartje zo klein is dat we het onmogelijk kunnen waarnemen, hoe kan het dan dat we een neutrino ofzo dan wel kunnen waarnemen, want dat 'is' toch eigenlijk een snaar?

In feite gaat het hierbij om een indirecte waarneming. Wanneer een neutrino een proton treft ontstaat een neutron en een elektron. Stel dat je in een Wilsonvat ziet dat je in eerste instantie met een proton, en in een volgende instantie met een neutron en een elektron te maken hebt, die van tevoren niet aanwezig waren, dan weet je dat het proton met een neutrino gereageerd moet hebben, om zo de vorming van een neutron en een elektron mogelijk te kunnen maken.

Omdat de bewegingsfrequentie zo snel is , lijkt het materie en is het oppervlak ervan door ons waarneembaar , met wat voor een apparaten meten we dat Mathfeak? ;)

Het oppervlak of de branen waar de strings/materie aan vastzitten is voor ons niet waarneembaar ;)

was in de war. Heb Stephen Hawkings Universe er nog maar ffies bijgepakt ja ;).