24 september 2018

De druk in een proton is hoger dan de druk in het binnenste van een neutronenster

Protonen zijn de belangrijkste bouwstenen van alle elementen in het heelal. Ze werden in 1919 ontdekt door Ernest Rutherford, maar pas nu zijn natuurkundigen erin geslaagd om de druk in een proton te meten. Gebruikmakend van de Continuous Electron Beam Accelerator Facility (CEBAF) zijn onderzoekers van Jefferson Lab in Virginia (VS) protonen gaan meten en daaruit blijkt dat de drie quarks, waaruit ieder proton bestaat, te maken hebben met een druk die kan oplopen tot 10^35 pascal. Da’s een gigantische druk, die niet alleen 10^30 keer zo groot is als de luchtdruk op zeeniveau, maar die ook nog eens tien keer hoger is dan de druk in de kern van neutronensterren. In die kern van de extreem compacte objecten kan de druk volgens berekeningen oplopen tot maximaal 10^34 Pa. Wat de CEBAF-onderzoekers deden was protonen in waterstof bestoken met elektronen, waarbij de elektronen reageerden met de drie ‘valentie-quarks’ in het proton via de zogeheten ‘deeply virtual Compton scattering’ (DVCS – zie de afbeelding hieronder), waarbij ook fotonen worden geproduceerd. Dat leverde vervolgens de zogeheten ‘gravitational form factors’ – geïntroduceerd door Kobzarev en Okun in 1962 (!) – op en op basis daarvan was men in staat om de druk te berekenen. Binnen een bol met een straal van ongeveer 0,6 femtometer blijkt die druk gemiddeld 10^35 Pa te zijn.

Dichtbij het centrum van een proton is de druk afstotend, zoals je ook in de afbeelding bovenaan kunt zien, maar op een gegeven moment wordt ‘ie aantrekkend. Dat zorgt er voor dat de quarks niet kunnen ontsnappen uit het proton – losse quarks komen in de vrije natuur niet voor, da’s de zogeheten ‘quark confinement’. Het vakartikel over de metingen aan het proton is onlangs gepubliceerd in Nature. Bron: Gizmodo + Francis Naukas.

Reacties

  1. Opportunity Opportunity zegt:

    Weet iemand wat dit kan zijn??

    Afgelopen zondag is in de Amerikaanse staat Washington een mysterieus object vastgelegd op camera, meldt Q13Fox.com.
    Het object werd om 03.56 uur lokale tijd gespot boven Whidbey Island, waar zich een militaire basis bevindt.
    Het lijkt te gaan om een gelanceerde raket, maar een woordvoerder zei dat er geen raketten op de basis aanwezig zijn.
    https://www.ninefornews.nl/mysterieuze-object-gespot-washington/

  2. Marc Opdebeeck zegt:

    Ik betwijfel tenzeerste dat men een “druk” zou kunnen meten binnen het proton. En dan nog met elektronen die een angulair momentum hebben met een diameter dat 10000 keer groter is dan het proton(10^11 enn10^15).
    Bovendien krijgen we bij het proton dezelfde afstotingskrachten gelijkgesteld met Pauli s principle. Het is onmogelijk binnenin te komen of te meten. Het enige dat overblijft is de mathematische berekening die vertrekt vanuit een verkeerd standpunt en is dus zinloos.
    Het proton zelf heeft een potentiële compressie die voortvloeit uit het “donkere materie-effect en materievorming” en heeft supersterke gluonverbindingen maar heeft niets te maken met druk zoals wij die kennen maar wel met elektrisch – magnetische krachten op femtometers afstand.
    Vergezocht vind ik en zínloos.
    Groet Marc:)

  3. Marc Opdebeeck zegt:

    Arie, Er is nog een verschil in ontleden welke bestanddelen aanwezig zijn en het meten van een toestand zoals druk bvb.
    Dat quarks een stevige (elektrische gluonbinding) binding hebben heeft nog niets te maken met de sfeer, temperatuur of druk) tussen de quarks in het protoncomplex, niet?

  4. NicoW zegt:

    Ik heb er geen verstand van, maar ik weet wel dat in een neutronenster de elektronen in de protonen gedrukt zijn. Het is dan logisch dat de druk in de neutronenster groter is dan in het proton. Het zal mij niet verbazen, als dit bericht binnenkort wordt herroepen.

    • Marc Opdebeeck zegt:

      De druk in een neutronenster is nog te verklaren door alle zwaartekrachtvectoren op te tellen. Daarbovenop komt nog eens de compressie of contractie van “het donkere materie effect” zodat vrije elektronen (eerste generatie lepton) omgevormd worden tot tweede en derde generatie leptonen nl muonen en tau elektronen(zwaarder en veel kleiner dan gewone elektronen). De atomen zitten door de externe druk zo dicht op elkaar dat interactie tussen deze muonen en tau en de bestaande quarks zeer hoog is waardoor kernfusie frequent wordt maar zonder het annihilatieproduct met gammafotonen tussen positron en elektron die op dat moment ook in gecomprimeerde vorm voorkomen. In de plaats daarvan ontstaan er meer neutrino’s bij het verval van muonen en taus die geen expansiedruk veroorzaken. De kernfusie kan zo een tijd doorgaan totdat er toch een moment komt van explosie.
      Zo zie ik de situatie in een neutronenster.

  5. Obelix Obelix zegt:

    Het artikel handelt specifiek over Protonen, maar ik neem aan dat het in vergelijkbare mate ook geldt voor Neutronen. Afgezien van de lading, is er volgens mij niet zo veel verschil tussen proton en neutron.

    Dat men nu een druk vindt die iets hoger is, of bijna vergelijkbaar is, aan de druk in neutronensterren hoeft geen verbazing te wekken. Als de tegendruk in een neutron lager was dan die 10^34 pascal ‘max’ in een neutronenster, zou er vrij snel geen neutron meer te vinden zijn in een neutronenster. 😉
    Mij lijkt eerder dat de maximale druk die astronomische waarnemingen lijken aan te geven van ~ 10^34 Pa exact gelijk moet zijn aan de ‘laboratorium-waarde’ die nu bepaald is op ~10^35. Wordt die waarde bereikt, (bv als een neutronenster toevallig zwaarder wordt door aantrekking van zijn zwaartekrachtveld) dan gaat zij over in quarkster (mocht die inderdaad bestaan) of Zwartgat.

    Groet, Paul

    • Inderdaad…die druk moet hoger zijn, anders gaat het over van neutronenster in zwart gat (tenzij de quark sterren echt bestaan als tussenfase). Ook mee eens wat betreft protonen versus neutronen. De lading, en een iets andere verdeling qua quarks, 2 up en 1 down versus1 up en 2 down.

      Een stukje wat ik nog niet kan vatten. is dat een proton vreselijk stabiel is en zo oud als het heelal. Terwijl een neutron maar een half uurtje max te leven heeft. Uiteraard heb ik het over vrije deeltjes dus niet gebonden in nuclea, gebonden in een atoomkern is een neutron ineens een stuk stabieler.

      • Obelix Obelix zegt:

        Over die stabiliteit:
        Ik denk wel eens wat zou er gebeuren als (er bv bij dergelijke hoge drukken) een extra elektron wordt aangeboden aan een neutron (udd) ? Wordt die laatste up quark dan ook omgezet in down quark, en ontstaat er een barion met de lading -1 (ddd) ?

        Of als er een positron wordt aangeboden aan een proton (uud), zou je dan een barion krijgen met een lading van +2 (uuu) ?

        Marc Opdebeeck schrijft hieronder iets over dat de 3 Quarks in Barionen elektrisch(!) genaaid zijn. En daarom(?) ook recht als twee karrewielen met een as tegenover elkaar zitten.
        [ Misschien trek ik het uit zijn verband, maar zo lees ik het. ]
        Zelf heb ik meer het idee dat de afzonderlijke Quarks door zwaartekracht bij elkaar blijven (massa genaaid). En dat de drie quarks als een gelijkbenige driehoek tegen elkaar aangeperst zitten.

        – Hoe stabiel zouden uuu- of ddd-Barionen onder een dergelijke zwaartekracht zijn?

        Groet, Paul

        • Marc Opdebeeck zegt:

          Zwaartekrachten zijn 10^39 zwakker dan elektrische krachten. Dit speelt in het voordeel van elektrische en magnetische bindingen op zeer korte afstand.
          Als uw quarks niet kunnen gebonden worden met tegengestelde
          lading dan moeten ze een lading induceren dwz volgens de wetten van Maxwell, lenz en Faraday dat bij uuu en ddd en moeilijke zaak wordt.
          Een eigenschap van materie in het algemeen is dat ze de tegengestelde lading missen en dus op zoek gaan naar een stabiele verbinding die de ze vroeger hadden voor hun bestaan. Die zoekkrachten of potentiaalverschillen kunnen leiden tot krachtige vectoractiviteit en dat vooral op korte afstand.

          • Obelix Obelix zegt:

            Volgens Wikipedia is de zwaartekracht inderdaad minimaal vergeleken met de electro-magnetische-wisselwerking: die is 10^38 sterker.
            De sterke kernkracht is daarin tegen wel weer 100 keer sterker.
            https://nl.wikipedia.org/wiki/Fundamentele_natuurkracht

            Nu heb ik niet het idee dat gluonen, de overbrengers van de sterke wisselwerking volgens de ( huidige ) theorie erg gevoelig zijn voor ‘lading’. (Geen Maxwell Lenz of Faraday )
            Of uuu- en ddd-hadronen door gluonen aan elkaar ‘geplakt’ kunnen worden onder extreme omstandigheden blijft voorlopig een vraag.

            Maar misschien heb jij daar een andere kijk op.
            Wat dat betreft zou het ook mooi uitkomen als je alvast wat gaat publiceren over je eigen theorieën. 😉

            Groet, Paul

  6. Marc Opdebeeck zegt:

    De krachten die verhinderen dat iets tussen de quarks inkomt kunnen evengoed door elektromagnetische veldkrachten verklaard worden en hoeven niet per se met druk gepaard te gaan. Welke vectorkrachten zouden deze druk dan onderbouwen?
    De gluonverbindingen zijn trouwens een elektrisch geladen lasnaad met 1/3 – en 1/3 + die leidt tot een neutrale toestand, daarom dat gluonen gemeten worden als neutrale deeltjes.
    In een proton zijn de twee up quarks met een nettolading van 2/3+ aan beide zijden letterlijk elektrisch genaaid met de twee 1/3- tot een zeer stabiel symmetrisch geheel( de nettoladingen zijn de niet gebonden delen met een interne elektrische stroom en magnetisch veld). Zie het als twee karrewielen met spaken (1/3- en 1/3+)die verbonden zijn met een as dat gevormd wordt door de down quark met nettolading -1/3 in het midden van de as. Quarks zijn tenslotte afkomstig van tweede en derde generaties van leptonen met een volle -1 of +1lading
    Bij een neutron wordt één karrewiel, het up quark2/3+, gebonden met één gluonverbinding 1/3- en 1/3+ tussen één downquark met nettolading van 1/3- terwijl het andere downquark een covalente binding maakt met een naburig proton om zo een dielectricum te vormen in de condensator opstelling. De structuur is zonder het naburig proton helemaal niet stabiel.
    Let op! Deze beschrijving is een afleiding uit mijn hypothetische theorie en wijkt af van de conventionele visie op de deeltjesstructuren die alle deeltjes ziet als puntdeeltjes die interacties ondergaan via andere deeltjes zoals gluonen, pionnen, yukawa, higgs bosonen enz..

    Groet Marc 🙂

Laat wat van je horen

*

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