Drie deeltjesonderzoekers winnen Nobelprijs fysica

De Nobelprijs voor natuurkunde is in 2008 toegekend aan drie onderzoekers voor hun bijdragen aan het begrip van subatomaire deeltjes en de ontwikkeling van het Standaardmodel.

Ons begrip van het universum op elementair niveau is de afgelopen eeuw aanzienlijk gegroeid. Moleculen zijn, zo weten we inmiddels, niet uit ondeelbare atomen opgebouwd, maar atomen bestaan uit een kern en elektronen. De kernen bestaan uit neutronen en protonen, die weer uit quarks zijn opgebouwd. Samen met drie van de vier bekende krachten, de elektromagnetische kracht, de zwakke kernkracht en de sterke kernkracht en hun bijbehorende bosonen, is het Standaardmodel bijna compleet. Alleen de zwaartekracht en het bijbehorende deeltje, het zogeheten Higgs-boson, ontbreken nog. Het huidige model om de wereld fysisch te verklaren en te begrijpen werd voor een niet onbelangrijk deel ontwikkeld door de drie natuurkundigen die in Zweden de Nobelprijs voor de natuurkunde kregen toebedeeld.

Een van de fundamentele vraagstukken is waarom we überhaupt bestaan. Volgens de overheersende denkrichting binnen de natuurkunde zouden er tijdens de oerknal evenveel materiedeeltjes als antimateriedeeltjes ontstaan zijn. Aangezien materie en antimaterie elkaar opheffen, zouden we niet kunnen bestaan, tenzij er iets meer materie dan antimaterie zou zijn. Een verklaring voor die discrepantie zou de zogeheten gebroken symmetrie zijn: gespiegelde symmetrie, ladingssymmetrie en tijdsymmetrie zouden niet altijd volledig opgaan. Twee van de drie Nobelprijswinnaars van 2008, Makoto Kobayashi en Toshihide Maskawa, bedachten een theorie voor het bestaan van gebroken symmetrie die het overschot aan materie kan verklaren. Die theorie leidde tot de ontdekking van extra quarks; de charm-, bottom- en top-quarks werden in respectievelijk 1974, 1977 en 1994 ontdekt.

De derde Nobelprijswinnaar, Yoichiro Nambu, die de halve prijs toegewezen kreeg, volbracht theoretisch pionierswerk rond het begrip spontaan gebroken symmetrie. Zijn formules, die voorspellen hoe symmetrische quantumvelden instorten en slechts één waarde aannemen, worden veelvuldig in het Standaardmodel toegepast. Zo worden zijn berekeningen onder meer gebruikt om de effecten van de sterke kernkracht te berekenen. Ook verklaart Nambu's theorie de verschillen in massa van elementaire deeltjes. Zo heeft een foton geen massa, terwijl andere deeltjes, zoals het elektron, wel massa hebben. Nambu verklaart dit door het instorten van het symmetrische quantumveld van Higgs-deeltjes. Het bij het Higgs-veld behorende elementaire deeltje, de Higgs-boson, zou verantwoordelijk zijn voor de massa van deeltjes. Het is onder meer dit deeltje waarnaar in deeltjesversnellers als die van Cern en Fermilab wordt gezocht. De empirische ontdekking van dit deeltje zou het Standaardmodel completeren.

Reacties (55)

Het Higgs deeltje correspondeerd met een extra veld in het standaard model dat een belangrijke rol speelt in de standaard theorie. Dit veld is nodig om de meest andere deeltjes van het standaardmodel (zie het plaatje in het artikel) massa te geven. Higgs deeltjes zijn nog niet waargenomen maar naar verwachting is dat ze zullen worden ontdekt als de Large Hadron Collider bij het CERN in Geneve af is. Het Higgs-veld is van groot belang omdat het in zekere zin de oorsprong van massa verklaart. Dit veld is alom als achtergrond aanwezig en de andere deeltjes moeten zich daar doorheen voortplanten, waardoor ze zich gedragen alsof zij een massa hebben. Het schenkt grote voldoening om alle theorieen te samen in het standaardmodel te zien samenwerken. Het is de moderne versie van het periodiek systeem der elementen wat weer een fundamenteler niveau betekent voor de natuur en tot een ongekende samenhang in onze kijk op de natuur als geheel zal leiden.

Nu ben ik absoluut geen natuurkundige, maar ik vroeg me toch af tijdens het lezen van dit artikel: "Wat als nu over 50 of 100 jaar blijkt dat de bosonen toch geen elementaire deeltjes zijn?" (Bijvoorbeeld als M-theory waar blijkt te zijn).

Wat zou dit model dan nog waard zijn? Want dan is het overduidelijk niet accuraat.

Het model kan nu voorspellingen doen die zeer accuraat blijven, en deze theorie zal bijna zeker altijd blijven gelden bij de voorwaarden die gesteld worden.

Een mooi voorbeeld van een andere oude theorie die niet geheel klopt maar nog veel gebruikt wordt: De wetten van Newton.
Neem bv F=m*a. Deze wet is door Newton bedacht, en geldt nog steeds, met 1 voorwaarde: Dat de snelheid klein blijft. De formule heeft namelijk een afwijking, die steeds groter wordt naarmate de snelheid verhoogt. Om bij zeer hoge snelheden (richting c) dingen uit te rekenen, heb je Einstein's speciale relativiteit nodig. Hij heeft aangetoond dat de 2e wet van Newton niet klopt, maar dat hij wel zeer goed de werkelijkheid modelleert bij lagere snelheden.

Bij deze theorie zal dit waarschijnlijk net zo gaan: Mocht er ooit een andere theorie komen, dan nog zal deze een goed model creeeren bij de huidig geteste omstandigheden (dus kamertemperatuur etc).

Geen reden waarom een theorie in grote lijnen zou blijven gelden, wanneer het op bepaalde punten onderuit wordt gehaald...

Er zijn prima voorbeelden van theorien die zeer accuraat waren, en toch absoluut niet klopten, en naderhand volkomen verworpen zijn. Het Bohr atoom model bijvoorbeeld, dat klopt perfect voor waterstof. Jammer alleen dat later bleek dat het niet voor andere atomen werkte... Ondanks dat de theorie perfecte voorspelling doet voor waterstof, wordt het niet meer gebruikt.

Ook het oude middeleeuwse planeten model, waar alles om de zon draaide, leverde wel degelijk uiterst nauwkeurige voorspellingen op. Ver binnen de foutenmarges van de toenmalige meetinstrumenten. Pas door het toepassen van dat model over een tijdsbestek van 1500 jaar, begon men problematische afwijkingen te zien. En pas met de enorm veel nauwkeuriger metingen van Tycho Brache, kon Kepler een beter model produceren, dat ook bleek te kloppen met de fysische realiteit. (Het model van Copernicus was qua voorspellende kracht niets beter dan de vorige modellen, en had zelfs meer variabelen nodig... )

Dat de voorspelling op dit moment accuraat lijken, zegt dus opzichzelf niet zo heel veel over de toekomstige geldigheid van de theorie. Zolang een essentieel element van de theorie (Higgs boson) nog niet is aangetoond, moet je je helemaal niet verbazen als een dergelijk theorie stevig op de schop moet, of zelfs uiteindelijk geheel verworpen moet worden.

Het grappige is dat de 2e wet van Newton, mits juist geformuleerd, dan nog steeds geldt: F = dp / dt met de impuls p = mv. Dat geeft dan (kettingregel)

F = m dv/dt + v dm/dt = ma + v dm/dt

De laatste term (dm/dt) is voor elementaire deeltjes in de Newtonse mechanica 0, maar ook in de Newtonse mechanica is de term vaak belangrijk. Bijvoorbeeld bij de beschrijving van de beweging van een raket, waar een significant deel van de massa van het geheel brandstof is die uitgestoten wordt.

Als je raket richting lichtsnelheid gaat, is je impuls niet meer p=mv, maar p=gamma*m*v (="speciale factor afhankelijk van snelheid"*"massa"*"snelheid"). Nope, Newton had hier geen idee van

Dat kan altijd. Het model wordt net zo lang aangepast en uitgediept, tot het helemaal 'klopt' . Dat er nog kleinere deeltjes zouden zijn kan best, maar op dit moment lijkt dit standaard model nog correct, aangezien veel experimenten met deze modellen worden gedaan en er geen 'vreemde' metingen worden gedaan. Theorieën als deze worden veelvuldig getest, dus er is wel enige zekerheid dat het ongeveer zo werkt.

Maar misschien dat de testen in CERN, weer wat nieuws brengen.

Aan de waarde van het model hoeft an-sich niet zo gek veel te veranderen. We gebruiken ook nog steeds Newtons theorieen om uit te rekenen wat de baan is van een hemellichaam. Dat deze theorieen niet 100% kloppen (of incompleet zijn) boeit meestal niet zo veel, het is maar net hoe precies je wilt zijn.

/spuit 11

[Reactie gewijzigd door Standeman op 8 oktober 2008 12:51]

Onzin. Het model wordt niet ineens niets meer waard. Het blijft tenslotte een model, en bovendien gewoon bruikbaar. Net als dat newtoniaanse mechanica nog altijd bruikbaar blijft, ookal klopt het niet op hele grote (relativistische) of juist hele kleine (quantum mechanische) schaal. We hebben het toch ook nog steeds over protonen, ookal weten we dat dat niet de elementaire deeltjes zijn? Zelfde verhaal voor protonen en neutronen. M-theorie zal het model slechts verfijnen, niet op de schop doen.

Het bij het Higgs-veld behorende elementaire deeltje, de Higgs boson, zou verantwoordelijk zijn voor de zwaartekracht.

Begrip hiervan zal dus leiden tot begrip van de zwaartekracht wat kan leiden tot ontwikkeling van tegenovergestelde krachtvelden: antizwaartekracht-technologie.
De mogelijkheden hiervan zijn bijna onbeperkt voor consumenten.

Waar komt die quote vandaan? Klopt namelijk niet.. het Higgs boson zou zorgen voor het feit dat materie massa heeft (traagheid bij uitoefenen v.e. kracht dus zeg maar). Het heeft echter niet met zwaartekracht te maken.

In het artikel staat dat 'zwaartekracht en het (dus niet bijbehorende) Higgs boson ontbreken in het standaardmodel'. Dit is nogal raar geformuleerd.. Zwaartekracht is inderdaad helemaal niet opgenomen in het standaardmodel. Maar de theorie over de andere 3 krachten geeft aan dat er juist wel een Higgs-boson moet bestaan, anders klopt deze theorie niet.

Het Higgs-deeltje zit dus wel in het standaardmodel, het is alleen nog nooit gevonden. Vandaar dat het ook heel raar zou zijn als het niet gevonden wordt met de experimenten van CERN; in dat geval gaat het hele standaardmodel dus onderuit

[Reactie gewijzigd door FD-man op 8 oktober 2008 14:08]

In het gegeven plaatje in het artikel van alle elemetaire deeltjes uit het standaardmodel staan quarks en leptonen, 6 soorten van elk. Ondanks de aanzienlijke reductie van het aantal elementaire bouwstenen van de materie wordt er toch met nogal wat namen gejongleerd. De deeltjes zijn in te delen in 4 groepen: De krachtdragers (g,w,z,y) de quarks (u,d,c,s,t,b), de leptonen(e,v,u,t) en het Higgs deeltje. Om in het standaard model de meeste andere deeltjes massa te geven is het Higgs deeltje noodzakelijk. Het Higgs veld dat correspondeerd met het Higgs deeltje is van groot belang omdat het in zekere zin de oorsprong van massa in het standaardmodel verklaart.

Misschien opgeschreven door iemand die zware en trage massa door elkaar gehaald heeft? Op zich geen rare gedachtengang, de algemene relativiteitstheorie heeft tenslotte als axioma dat die 2 identiek zijn. Ik kan me goed voorstellen dat een niet-fysicus dat op een gegeven moment niet helemaal helder meer ziet (zelfs sommige fysici maken er soms nog fouten mee).

[Reactie gewijzigd door johanw910 op 8 oktober 2008 14:16]

Dat was fout, het Higgs deeltje is niet verantwoordelijk voor zwaartekracht, maar voor de massa van deeltjes. Inmiddels is het verbeterd in het artikel:

Het bij het Higgs-veld behorende elementaire deeltje, de Higgs-boson, zou verantwoordelijk zijn voor de massa van deeltjes.

Het heeft geen directe invloed op jou als consument, nee.
Indirect, echter, is de invloed gigantisch.

Dit soort ontdekkingen zouden er in de toekomst weldegelijk toe kunnen leiden dat auto's zuiniger worden (of misschien een compleet andere soort energie gaan gebruiken). Het kan er ook aan bijdragen dat we ooit eens echte ruimtewaardige schepen kunnen bouwen, voor dezelfde prijsklassen als nu gebruikelijk zijn voor auto's (ALS dit al gebeurt maken we het geen van allen mee, dat wel).
Het kan misschien ook helpen met het probleem van het gat in de Ozonlaag en je dieptriest viezen koffie

Hoe kan dit alles? Simpel. Een grondig begrip van het universum stelt de mensheid als geheel een stuk beter in staat het menselijk potentieel te vervullen.

Grondig begrip stelt de mensheid instaat zijn potentieel te vervullen ?

De mens kan niet eens zijn potentiele rol op aarde vervullen zonder de hele boel kapot te maken.

Dat zal ik niet betwisten. Dat komt door 2 factoren: hebzucht en gebrek aan grondig begrip. Als mensen niet hebzuchtig zouden zijn, was er geen reden om op zo'n destructieve manier met de aarde om te gaan. Als we wel een grondig begrip van het universum hadden, hadden we waarschijnlijk veel schonere alternatieven die evenveel (of misschien wel meer) geld opleverden.

Jammer dat je zo sceptisch reageert (of zo komt het in ieder geval op mij over).

Fundamenteel onderzoek is gericht op het opbouwen van kennis, ook als er geen direct resultaat mee te boeken is. Pas als je iets begrijpt kan je namelijk bedenken hoe je dat kan toepassen, en het gat tussen de ontdekking, het begrip en de toepassing kan daardoor groot zijn. Als je alleen maar onderzoekt wat je al begrijpt, blijf je hangen in je huidige wereldbeeld, en bedenk maar hoe anders de wereld eruit zou zien als dat 100 jaar of zelfs 1000 jaar geleden zou zijn gebeurt.

Het idee dat Jan met de Pet altijd maar direct wat zou moeten kunnen met alles in de wereld irriteert me, want dan zou alles gericht moeten zijn op de kleinste gemene deler i.p.v proberen ieder op zijn persoonlijk maximale nivo te laten presteren, ook als dat het begrip van anderen ver overstijgt. Helaas lijkt de domme massa meer en meer de maatstaf te bepalen waarnaar ieder wordt afgerekend i.p.v. dat Nobelprijswinnaars breed gewaardeerd worden voor het vaak ongrijpbare maar wel briljante werk dat ze doen.

[Reactie gewijzigd door MrX op 8 oktober 2008 13:24]

Jan met de Pet hoeft er over het algemeen niet zo heel veel mee maar zonder het standaard model en quantum mechanica hadden we ook geen CD/blu-ray spelers gehad, waren computers niet zo klein geworden en zouden we redelijk stilstaan in technologische vooruitgang.
Aangezien we pas net op het punt staan om het allemaal te accepteren en te leren begrijpen zullen deze modellen ons nog heel veel voordelen in de toekomst gaan brengen.

Je hebt werkelijk geen idee van het belang van dit soort onderzoeken.
Als men alles zou begrijpen van het bestaan van de mens, en alle materie, dan zouden er talloze toepassingen van deze kennis gebruikt kunnen worden.
Denk aan medische wetenschap, bijvoorbeeld misschien het kunnen creeren van eigen moleculaire structuren waardoor er nieuwe soorten geneesmiddelen vrij komen.

Open your mind: Als men de absolute basis van alle materie kent, dan weet men mettertijd ook alle materie te reconstrueren.

Misschien maken ze er wel een nieuw soort koffie mee, of een hoog geconcentreerd benzinesoort, of grote hoeveelheden ozon

[Reactie gewijzigd door 4g0ny op 8 oktober 2008 12:36]

Zonder dergelijk onderzoek, was er ook geen kernenergie. Dit heeft naast nadelige gevolgen ook veel positieve gevolgen tot stand gebracht. Denk daarbij aan energie en behandeling/bestraling van kanker.

En dit is slechts 1 voorbeeld waarbij vooraf niet duidelijk was wat de voordelen zou zijn voor de mensheid om atomen te splitsen.

Dit is noem ik een typisch consumer minded reactie. Je leest iets en wil daarna weten wanneer je het in de 'winkel' kan verwachten.
Met dit soort onderzoek gaat het juist niet om het resultaat maar de spin-offs. Dat wil zeggen De onderzoeken die gebruik gaan maken van dit onderzoek. De hierop volgende onderzoeken zullen misschien al meer meer tastbare resultaten leveren.

Nu moet ik deze man/vrouw toch wel gelijk geven. Het is wel baanbrekend onderzoek en zeer nuttig maar jan lul heeft niet de nodige kennis van deeltjesfysica om dit maar in de verste verte te kunnen begrijpen, laat staan dat hij er iets aan heeft.

Jan lul heeft niet de nodige kennis van lasers, maar heeft er wel degelijk wat aan. Oftewel, dat je er niets van begrijpt, wil niet zeggen dat je er niets aan hebt (zij het, zoals eerder al gezegd, indirect).
Zelf zeg je trouwens dat het zeer nuttig is , Punt is dat Splendes' reactie zelf niet echt... nuttig is.

Hoewel deze discussie hier helemaal niet thuishoort wil ik toch nog even reageren:

Met er wat aan hebben bedoel ik dan er wat aan hebben om dit in al zijn complexiteit te weten. Ze hebben iets aan de technologieën die hier uit voortvloeien. Ze hebben niets aan de quantummechanische uitleg die hierin staat en toch twee derden van de broodtekst beslaat. Het percentage dat hier iets van quarks en symmetrische quantumvelden begrijpt lijkt me op tweakers toch nihil. Ik heb zelf nog nooit van symmetrische quantumvelden gehoord, maar ik bezit dan ook geen doctoraat in de natuurkunde (net zoals het overgrote deel van de wereld en tweakers)

Ok, probeer deze dan eens. Met wat meer uitleg...

Tip: zet 'm als desktop-background en verbluf je collega's

Om er dan achter te komen dat de Higgs-boson niet bestaat en het standaardmodel toch anders is dan verwacht. Dat zou de hele boel wel op z'n kop zetten. Niet erg waarschijnlijk maar het zou kunnen. Neemt niet weg dat deze heren een grote bijdrage hebben geleverd.

Klopt, maar tot nu toe hebben ze met hun bijdrage het standaard-model beter weten te maken en is men het grotendeels met dit model eens (vooral ook omdat er veel mee te verklaren is). Dat is een prijs wel waard lijkt mij, als het model toch niet klopt, dan verdient diegene die daar weer een antwoord op weet een prijs. Wetenschap is uiteraard gebonden aan de huidige tijd en niet perse 100% kloppend. Met een model wat niet 100% klopt kan je overigens ook al erg veel.

Vandaar ook dat deze heren NU een Nobelprijs ontvangen, omdat het risico bestaat dat over een jaar is gebleken dat het model niet klopt (CERN bewijst dat Higgs-boson deeltje niet bestaat). Het onderzoek van deze heren is echter zo belangrijk geweest dat het een Nobelprijs waard is, alleen al voor het onderzoek en de modellen die het heeft opgeleverd. Of het ook waar is, zal blijken maar een Nobelprijs terugvorderen kan gelukkig niet!

Grappig dat ze in de oudheid dit al dachten (Epicurus o.a.) en in de 17/18e eeuw (Newton & Dalton ) maar die zijn daar nooit voor beloond met 'n prijs !

Maar anderzijds : sinds dat Mendelejev alles in kaart heeft gebracht is alles wel verder uitgediept tot op subatomair niveau en als je er over na gaat denken is het ook ontzettend klein.

Grappig dat ze in de oudheid dit al dachten (Epicurus o.a.)

@Luke83:
Ehm, wat heeft Epicurus (levensbeschouwend filosoof) te maken met natuurkunde?

Epicurus is een aanhanger of zelfs de grondlegger (weet het niet helemaal meer) van het atomisme of de atoomtheorie. Hij ging ervan uit dat de hele werkelijkheid was opgebouwd uit verschillende atomen.
Wikipedia: http://nl.wikipedia.org/wiki/Atomisme

Natuurkunde heeft ALLES te danken aan filosofie. Newton was ook een filosoof!

Natuurkunde heeft ALLES te danken aan filosofie.

Jah, uiteindelijk is alles af te leiden uit filosofie. Filosofie is een zoektocht naar bepaalde waarheden en kennis (dus ook natuurkunde, wiskunde, het bestaan, etc.). Zo bedoelde ik mijn vraag dus niet.
Maar Ponzi heeft mijn vraag dus beantwoord: atomisme.

[Reactie gewijzigd door Fireshade op 8 oktober 2008 15:32]

Over 100 jaar weet iedereen nog wie Newton en Dalton waren en nog best veel mensen wie Epicurus was. Denk dat alleen wetenschappers nog weten wie de drie deeltjesonderzoekers van de nobelprijs 2008 waren.

De geschiedenis ingaan als een Newton is wel wat meer waard dan een Nobelprijs lijkt me, al heeft Newton geen idee gehad hoeveel invloed hij zou hebben..

De grieken dachten toch dat alles opgebouwd was uit één deeltje. (nuja een goeie gok imho ) Maar daar zijn we toch nog niet? Er zijn namelijk verschillende soorten quarks? En leptonen, ...

[Reactie gewijzigd door ? ? op 8 oktober 2008 14:32]

Oftewel, eigenlijk was het oude idee van een allesomvattende 'ether' zo gek nog niet.

Ik hoop dat de Large Hadron Collider van het CERN nieuwe deeltjes ontdekt want anders is het een machtig stukje investering geweest.http://tweakimg.net/g/s/wink.gif

het zou beter zijn dat ze juist niets vinden, want dan kunnen weer generaties werken aan de vraag waarom ze niks vinden en met een nieuw model komen, ik denk dat de ergste nachtmerrie/natte droom van een wetenschapper is om een allesomvattend, correcte theorie te hebben.

ontdekkingen in de wetenschap zorgen toch altijd weer voor nieuwe vragen. Net als het heelal, dijt de wetenschap zich uit richting het oneindige.

Is er dan niemand die niet gelooft in de big bang en de evolutie theorie? Moleculen, atomen, sub-atomaire deeltjes etcetera zijn wetenschap, maar evolutie en de big bang zijn nonsens.