Elementaire deeltje deel 2: Wat houdt de wereld bijeen?
We hebben de vraag beantwoord:
"waarvan is de wereld gemaakt?"
Waarbij quarks de bouwstenen zijn van het proton, het neutron, en van vele andere deeltjes.
En leptonen zonder elektrische lading of een negatieve: bekend is het elektron (e). De andere twee zijn: het muon (µ), en het tau-deeltje of tauon ().Muon en tau zijn eigenlijk een soort elektronen, maar dan met veel meer massa.
En de wereld die we kennen kan alleen bestaan door wisselwerking van die fundamentele deeltjes:
een aantrekkende of afstotende kracht van een deeltje op een ander deeltje,
verval van een deeltje in twee of meer andere,
annihilatie (massa wordt omgezet in energie) van een deeltje en zijn anti-deeltje.
Vaak wordt de term "kracht" gebruikt in de zin van "een wisselwerking" (interactie). Het onderscheid is:krachtheeft een uitwerking op een deeltje door de aanwezigheid van een ander deeltje
(is een aantal newton),wisselwerkingis een krachtsoort waarvoor een deeltje gevoelig kan zijn, of niet.Alle soorten krachten (veerkracht, wrijvingskracht, opwaartse kracht) kunnen begrepen worden met de vier fundamentele wisselwerkingen:
gravitatie-wisselwerking (zwaartekracht),
elektromagnetische wisselwerking (elektrische kracht, magnetische kracht),
sterke wisselwerking (kernkracht),
Een lastige vraag die natuurkundigen eeuwen heeft gekweld is: "hoe kunnen materiedeeltjes elkaar beïnvloeden op afstand?".
Als je de noordpolen van twee magneten dicht bij elkaar brengt voel je de afstotende kracht. En dit terwijl de magneten elkaar niet aanraken!
Hoe is dat mogelijk: een kracht uitoefenen op iets, zonder het aan te raken? Je kunt wel zeggen: "de magneten hebben een elektromagnetisch krachtveld", maar dat beantwoordt nog niet de vraag: "wat is de kracht van magneten op elkaar?".
Hier zie je een analoge situatie.
Iemand vangt plotseling iets op dat je niet kunt zien, en hij krijgt een duwnaar achteren.
Om dit te verklaren kun je veronderstellen dat hij een basketbal opving, en dat hij op glad ijs staat.
Ook al kun je de basketbal niet zien, je ziet wel het effect van de bal op de speler.
Deze situatie is niet echt een model voor fundamentele krachten: aantrekking is hiermee niet te verklaren. (Dit is waar Higgs om de hoek komt kijken)
Gebleken is: alle wisselwerkingen (ook wel: krachten) die invloed hebben op materiedeeltjes zijn toe te schrijven aan het uitwisselen van krachtvoerende deeltjes (wisselwerkingsdeeltjes).
In de analoge situatie van de basketbal zijn de spelers de materiedeeltjes, en is de basketbal het krachtvoerende deeltje.
Wat we gewoonlijk een "kracht" noemen is het effect van de wisselwerkingsdeeltjes op materiedeeltjes.
Newton wees er al in de 17e eeuw op dat gravitatie het zonnestelsel bijeen houdt. En weer wenden fysici de blik af van het kleine: de sterren moeten uitkomst bieden. De grootste massa's zijn zwarte gaten en neutronensterren, en als daarmee iets heftigs gebeurt zou er gravitatiestraling opgevangen moeten kunnen worden met een nieuw soort detector. Daarna kan er waarschijnlijk meer gezegd worden over het voorspelde wisselwerkingsdeeltje, het"graviton".
De tweede fundamentele kracht is de elektromagnetische wisselwerking. Veel krachten die je regelmatig voelt zijn er aan te danken. Bijvoorbeeld: je zakt niet door een vloer, als deze maar voldoende veerkracht kan opbrengen. Deze ontstaat doordat atomen in het materiaal zich verzetten tegen verplaatsing uit hun evenwichtsstand.
Een belangrijke ontdekking was dat elektriciteit (met positieve en negatieve elektrische lading) en magnetisme (met noord- en zuidpool) twee aspecten zijn van een zelfde wisselwerking.
Tegengesteld geladen voorwerpen trekken elkaar aan, zoals een proton en een elektron, en deeltjes met dezelfde soort lading stoten elkaar af.
Magnetisme is te verklaren met bewegende ladingen.
Het krachtvoerende deeltje van de elektromagnetische wisselwerking is het foton (). Een stroom van fotonen kunnen we makkelijk waarnemen als elektromagnetische straling. Afhankelijk van hun energie is er sprake van: radio-, microgolf-, infrarood-, licht-, ultraviolet-, röntgen- of gammastraling.
Antwoord: In een atoom zitten geladen deeltjes, en die oefenen krachten uit op de geladen deeltjes in een ander atoom. Zo kan het gebeuren dat het resultaat van al deze krachten samen een aantrekkende kracht is *).
Dus: er is een elektromagnetische rest-wisselwerking. Die maakt chemische reacties mogelijk: atomen kunnen zich met elkaar binden tot moleculen. En die doet een gas condenseren, een vloeistof stollen.
Deze kracht geeft de veerkracht en de wrijvingskracht die je kunt voelen.
Ons lichaam kan zijn wonderlijke structuur houden dankzij de tegengestelde lading van proton en elektron!
Amazing, isn't it?
Aan de sterke en de zwakke wisselwerking danken we: het bestaan van het spul waarvan het heelal is gemaakt, en de vervalprocessen die sommige soorten materie instabiel maken. Deze twee krachten hebben invloed op de kleinste dingen in de wereld, en op de grootste.
De kracht die protonen en neutronen bij elkaar houdt in een atoomkern is te danken aan de sterke wisselwerking tussen de quarks. Behalve een elektrische lading (+2/3, –1/3) hebben deze nog een ander type "lading".
Hiervan bestaan drie soorten, die elkaar samen opheffen, zoals + en – doen bij de elektrische lading. Gekozen is daarom voor de naam kleur-lading, met als soortnamen "rood", "groen" en "blauw" (samen "wit").
De kracht tussen deeltjes met kleurlading is heel sterk, vandaar de naam sterke kracht.
De krachtvoerende deeltjes heten "gluonen", naar het Engelse woord 'glue', omdat ze de quarks zo vast aan elkaar "lijmen" dat ze nooit los kunnen komen.
Niet alleen de quarks hebben kleur-lading, maar ook de gluonen.
De zwakke wisselwerking is ervoor verantwoordelijk dat alle quarks en leptonen met meer massa vervallen in lichtere. Bij verval verdwijnt het deeltje, en verschijnen er twee of meer andere.
