Het Fysische Wereldbeeld Deeltjesfysica en Cosmologie 1 Het

Het Fysische Wereldbeeld. Deeltjesfysica en Cosmologie 1) Het Standaardmodel Intro: het atoom Fermionen en bosonen De 4 elementaire krachten Het ijkveld Higgs-mechanisme De 3 generaties Experimenten 2) De Cosmologie De Big Bang Baryosynthese Nucleosynthese Cobe De Cosmologische Canon

Atoomkern electron

Proton Atoomkern Quarks Neutron

(Einstein) Speciale Relativiteit (Bohr) + = Quantummechanica Elementaire-deeltjesfysica ( = Hoge-energiefysica = Quantum-veldentheorie) (Paul A. M. Dirac)

Volgens de speciale relativiteitstheorie, mag een deeltje geen ruimtelijke uitgebreidheid bezitten. . . ( Dan zou het deformeerbaar moeten zijn )

Volgens de Quantum mechanica kan een deeltje niet exact gelocaliseerd worden (Dit zou een oneindige hoeveelheid energie kosten)

Paul A. M. Dirac Richard P. Feynman

Fermionen en bosonen Fermionen: electron, proton, neutron, quarks, neutrino’s “materie-deeltjes”. Niet twee identieke deeltjes in dezelfde quantumtoestand. Nemen daardoor ruimte in beslag. Voorbeeld: (Pauli) Bosonen: foton, pion, graviton, Higgs-deeltje “kracht-overbrengende deeltjes”. Energie-quanta van velden. Gaan juist wel in dezelfde qu. -toestand zitten om een veld te genereren. Voorbeeld: fermion + fermion = boson

Oneindigheden

In de praktijk leidt dit tot een zeer sterke restrictie van wat kan en wat mag, in de quantum-veldentheorie. Renormalisatie

De vier elementaire krachten in de elementaire deeltjes De elektro-magnetische kracht De sterke kernkracht De zwakke kracht De zwaartekracht N Z

Elektro-magnetische kracht - Vele elementaire deeltjes hebben elektrische lading: een geheel (positief of negatief) veelvoud van de proton-lading e - Deeltjes met spin hebben ook een magnetische component μ - De elektromagnetische kracht wordt overgedragen door het energiequantum van licht, het foton γ.

De effecten van de em kracht kunnen zeer nauwkeurig worden berekend: Het magnetisch moment van het electron kon worden gemeten: Vgl: afstand tot de Maan tot op 0, 3 mm nauwkeurig Hieruit afgeleid: Vgl: afstand tot de Maan tot op 30 cm nauwkeurig

- werkt uitsluitend op HADRONEN (deeltjes in atoomkern) Proton neutron pion kaon Zeer snelle processen Resonanties: Zeer sterk op korte afstanden (= binnen atoomkern)

Proton = u + d Neutron = u + d Lambda = u + d + s lading = 1 lading = 0 Wat is de lading van de quarks?

De kleur theorie (Quantum-chromodynamica) q q q g q 8 gluon-kleuren

Quark soorten quarks u d c s Antiquarks u d c s t t t b b b up down charm strange top bottom

De Zwakke Kracht Fermi’s fundamentele interactie hier zijn altijd 4 fermionen bij betrokken

Het Intermediaire Vector-boson W

Het Yang-Mills veld C. N. Yang and R. L. Mills, 1954 C. N. Yang

Yang - Mills quanta - o + proton - + o neutron

Multiplets volgens de Yang-Mills theorie P N Nucleonen pionen Yang-Mills deeltjes

Net als planeten en tennisballen hebben elementaire deeltjes. . . Spin ! In een Yang-Millsveld, blijft de spin van een deeltje behouden ! Neutrino Anti Neutrino

In de Yang-Mills theorie is er symmetrie: De deeltjes in een multiplet moeten “identiek” zijn. Proton en neutron lijken op elkaar, maar zijn niet identiek. We spreken van “symmetrie-breking” Ook de eigenschappen van het YM boson zelf zijn niet zo symmetrisch als in de YM vergelijkingen zou moeten.