Zijn de elementaire deeltjes waaruit alles is opgebouwd stijf of elastisch?

Eric, 72 jaar
4 februari 2014

Waaruit zijn elementaire deeltjes opgebouwd?

Antwoord

Geachte Heer,

Uw vraag was al aan de orde rond 1640.

Men begon toen ernstig te denken aan het bestaan van atomen, t.t.z. "ondeelbare" entiteiten, de kleinste delen waarin men een substantie kon opdelen. Waren die elastisch of niet?

De gangbare redenering was als volgt: een elastisch stukje materie gaat vervormen onder invloed van een aangelegde kracht, o.a. bij botsing met een ander stukje materie. Maar wat is vervormen? Het betekent dat een deel van het brokje materie nadert  tot een ander deel en/of weer een ander deel verwijdert zich. Elasticiteit onderstelt dus dat men delen kan onderscheiden in het betreffende brokje. Een atoom is bij onderstelling ondeelbaar, heeft geen delen en kan dus niet elastisch zijn. Men definieerde die toestand dan als "hard".

D'Alembert, de Franse encyclopedist, publiceerde in 1643 zijn "Traité de Mécanique" waarin hij poogt een fundamentele theorie van beweging en wisselwerking te brengen en heel zijn betoog is een vergelijkende studie van de wisselwerking (botsingen) tussen harde deeltjes en tussen elastische deeltjes. Als elastische deeltjes botsen is de totale kinetische energie dezelfde vóór en na de botsing. Als harde deeltjes - atomen dus - botsen is de energie niet behouden, volgens die theorie.

Kunnen we die redenering doortrekken naar onze hedendaagse elementen van de materie, gewoonlijk aangeduid met "elementaire deeltjes"? Het oude atoombegrip steunt - onbewust - op het beeld van een atoom als een klein knikkertje dat een welbepaald volume van de ruimte inneemt: erbinnen is er de materiële substantie, erbuiten niets. De kwantummechanica leert ons -al vanaf haar ontstaan - dat we het fenomeen elektron (het eerst ontdekte elementair deeltje, maar dit geldt voor alle deeltjes) onder twee aspecten moeten beschouwen: deeltje en golf. We nemen nooit een elektron waar op de manier waarop we een knikker waarnemen, we nemen het elektron onrechtstreeks waar, door zijn effecten: vorming van een bel in een oververhitte vloeistof, of een vonk tusse twee metaaldraden op verschillende spanning (om maar twee detectiemethoden te vermelden). Die effecten kunnen we met elkaar in verband brengen door die golf te onderstellen, in feite door te onderstellen dat er iets is dat uitgebreid is in tijd en ruimte en dat geen scherpe grens vertoont.

We verdelen de elementaire deeltjes in twee soorten: deeltjes die de materie uitmaken (quarks en leptonen, waaronder het elektron) en deeltjes die de krachten tussen de vorige overbrengen. Maar ook hier moeten we spreken van de golven (in wiskundige taal:velden) die we  onderstellen om heel die wereld te beschrijven en die zich uitbreiden in ruimte en tijd.

Uw vraag is dus eigenlijk niet toepasselijk op ons hedendaags beeld van de zgn. elementaire deeltjes. Een zinvolle verwante vraag is: botsen elementaire deeltjes elastisch? Waarmee ik bedoel: is de totale energie van de de deeltjes  (in feite: de totale energie in de velden ) vóór de botsing gelijk aan de energie na de botsing? Daar is het antwoord eenduidg ja, ook in die gevallen waar door de botsing deeltjes vernietigd  en andere ontstaan zijn.

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Beantwoord door

Prof. Frans Cerulus

fysica, speciaal klassieke theoretische mechanica, electromagnetisme, quantummechanica, geschiedenis van de fysica .

Katholieke Universiteit Leuven
Oude Markt 13 3000 Leuven
https://www.kuleuven.be/

Zoek andere vragen

© 2008-2021
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door het
Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen