EO

Waterstofatoom blijkt vat vol verrassingen

20 september 2021 om 10:08 uur

Vergeet de plaatjes in de schoolboeken van het proton dat uit drie quarks bestaat, twee up en een down, plus gluons. Uit een nieuwe studie van onder meer theoretisch fysicus Juan Rojo (VU/ Nikhef) blijkt dat de kern van het waterstofatoom een vat vol verrassingen is.


In de studie laat Rojo en een team van theoretici vanuit Nikhef, Milaan, Cambridge en Edinburgh zien dat het proton geen simpel object met drie bouwstenen is, gebonden in gluonen, maar een wirwar van materie en antimaterie, en tal van minder gangbare quarks, die even ontstaan en weer verdwijnen. "Het proton is een quantumobject, dat steeds nieuwe en verrassende dingen laat zien als je beter inzoomt", zegt Rojo.

 

Het team van proton-onderzoekers onder de naam NNPDF brengt in het nieuwe artikel, gepubliceerd op Arxiv, talloze metingen van allerlei experimenten bij elkaar om de subtiliteiten van het deeltje in beeld te brengen. Het resultaat is een nauwkeurige beschrijving van het ingewikkelde proton die, omgekeerd, de uitkomsten van experimenten tot op ongeveer een procent nauwkeurig beschrijft. Met de klassieke aanpak van de quantum-chromodynamica (QCD) is dat nog nooit gelukt, vooral omdat de berekeningen van de sterke kernkracht al snel oneindig ingewikkeld worden.

 

Het beeld dat oprijst uit de analyses is een ingewikkelder object dan de schoolboeken het proton voorstellen. Behalve de up- en downquarks duiken daarin bijvoorbeeld soms ook bottom quarks en antiquarks op, steeds zo dat er geen quantumregels worden overtreden. Er zijn ook aanwijzingen dat het charm-quark tot de inboedel behoort. Een paper daarover is in de maak.

 

Open science

Veel van die nieuwe analyses van meetgegevens zijn gedaan met behulp van kunstmatig intelligente software, die wordt beschreven in een tweede artikel. Dat artikel, ook op Arxiv, is open source: iedereen kan de code downloaden en zelf gebruiken, zij het na de nodige training. "Wij geloven erg in open science en transparantie", zegt Rojo over de aanpak. "Het brengt de wetenschap veel verder dan wanneer iedereen alles voor zich houdt."

 

Het gedetailleerde beeld van de structuur van het proton is cruciaal voor de voortgang in het onderzoek in de deeltjesnatuurkunde, benadrukt Rojo. In versnellers als de Large Hadron Collider (LHC) op Cern, de grootste ter wereld, worden protonen hard op elkaar geschoten om uit de brokstukken op te maken hoe de deeltjes op de kleinste schaal werken. Rojo: "Voor de grote ontdekkingen, zoals van het higgsdeeltje, is niet zo belangrijk dat protonen uit nog kleinere delen bestaan. Maar als je naar subtielere processen wilt kijken, moet je wel heel precies weten wat je op elkaar schiet. In dat stadium beginnen we nu te komen."

 

De nieuwe details zijn met name belangrijk in de volgende jaren wanneer de LHC-versneller nog intensere protonenbundels gaat laten botsen, op zoek naar subtiele afwijkingen van wat het Standaardmodel van de deeltjesfysica voorspelt. "Dan moet je heel goed weten wat je verwacht."

 

Rojo, die al sinds zijn promotie werkt aan de structuur van het proton, blijft gegrepen door het deeltje. "Het is gewoon de kern van een waterstofatoom, en iedereen heeft er wel eens van gehoord en denkt dat we daar vast alles van weten. Maar het is geen simpel bolletje, het is een wereld van mogelijkheden. En wat in de quantumwereld mogelijk is, zul je soms ook tegenkomen."

 

Gerelateerd nieuws

Didier Nibbering krijgt Christiaan Huygens wetenschapsprijs voor wiskunde

Didier Nibbering krijgt Christiaan Huygens wetenschapsprijs voor wiskunde

Didier Nibbering is onderscheiden met de Christiaan Huygens wetenschapsprijs voor wiskunde. Ingrid van Engelshoven, demissionair minister van Onderwijs Cultuur en Wetenschap, reikte de prijs uit voor het onderzoek waarop…

Hollander Techniek brengt digital twinproject naar Perron038

Hollander Techniek brengt digital twinproject naar Perron038

Hollander Techniek heeft zich aangesloten bij Perron038, het innovatiecentrum voor de maakindustrie in de regio Zwolle. Het bedrijf brengt een innovatieproject rond digital twins mee.

Intelligente camera helpt Nederlands CSI

Intelligente camera helpt Nederlands CSI

Een liniaal langs een voetafdruk of bloedspoor. Dat hoeft straks niet meer. Dankzij een nieuwe techniek die de TU Delft en het NFI ontwikkelden voor het verbeteren van bewijsfotografie bij sporenonderzoek: De FreeRef.…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Güdel Benelux
Güdel Benelux

Lineaire aandrijf componenten en oplossingen

Orfa Visser BV
Orfa Visser BV

Gespecialiseerd in Forceren, Dieptrekken, Flenswalsen, Lassen en Apparatenbouw.

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

10 november 2021

Precisiebeurs

Het jaarlijkse ontmoetingsmoment voor professionals uit de precisietechnologie.

10 november 2021

Google Innovation Bootcamp

Een online internationaal evenement op het gebied van infra, data en workspace.

16 november 2021, München

productronica

Productronica will show what opportunities the electrification of the automotive industry offers the...

Meer agendapunten »