20 maart 2019

Straal proton blijkt 0,4 biljardste van een meter kleiner te zijn dan gedacht

Hoe groot is een proton nou precies?

Hoe groot is een proton nou precies?

Tot 2010 dachten natuurkundigen dat de straal van een proton 0,88 femtometer is, oftewel 0,88 biljardste van een meter, oftewel 0,0000000000000088 meter. Bij gebrek aan atoomlinealen was die straal bepaald aan de hand van de sprong van elektronen naar verschillende energiestaten bij waterstofatomen. Toen kwam in 2010 een team natuurkundigen onder leiding van Aldo Antognini (ETH Zürich, Zwitserland) met een meting van de straal, die gebaseerd was op muonen. Dat zijn zwaardere electronen, waarvan het gedrag door z’n massa sterker bepaald wordt door de omvang van het proton. Uitkomst van die metingen: het proton is 4% kleiner dan gedacht, 0,84 femtometer om precies te zijn. En nu, tweeënhalf jaar na de metingen door Antognini’s team heeft men de metingen in een verbeterde opstelling nog eens gedaan, resulterend in een verkleining van de foutmarge van 40%. De uitkomst: het proton is inderdaad 0,84 fm groot. Gisteren publiceerden ze daarover in het Amerikaanse vakblad Science. OK, het proton is dus 0,4 biljardste van een meter kleiner dan gedacht, da’s toch niet zo schokkend? Nou, dat laatste zou dus wél het geval kunnen zijn. Het zou er namelijk op kunnen wijzen dat een muon niet alleen in massa anders is dan een elektron, maar dat het ook anders reageert. Er zou bijvoorbeeld een tot nu toe onbekend deeltje kunnen zijn, dat wel op muonen, maar niet op elektronen reageert. En da’s Nieuwe Natuurkunde, natuurkunde die verder gaat dan hetgeen beschreven is in het Standaard Model.

De quarks binnen een proton

Zó is een proton feitelijk opgebouwd.

Zó is een proton feitelijk opgebouwd.

Nou we het toch over het proton hebben, even een korte aanvulling over de interne structuur van protonen. Een proton is geen elementaire deeltje zoals een electron of een muon. Het is volgens de leerboekjes samengesteld uit quarks, twee up quarks en één down quarks. Da’s ook precies wat je op de Wikipedia vindt, een proton dat twee up quarks en één down quark bevat. Maar dat beeld van de opbouw van protonen is niet juist, helaas pindakaas. Want binnen dat kleine bolletje met een straal van 0,84 fm vindt je feitelijk continue biljarden virtuele deeltjesparen, gluonen en antigluonen, quarks en antiquarks. Netto zijn er twee up quarks meer dan up anti-quarks en is er één down quark meer dan down antiquarks. Die virtuele deeltjesparen leven heel kort en verdwijnen dan weer in het niets. Lijkt nogal nutteloos, maar die virtuele deeltjes zijn wel verantwoordelijk voor een deel van de massa van het proton. Een proton ‘weegt’ 938 MeV/c² en daarvan komt 11 MeV/c². De rest is massa die komt van die virtuele deeltjes, vooral van de gluonen. Waarvan akte! Bron: Science News + Of Particular Significance.

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.