Posted on: December 31, 2009
stuur dit door
Onlangs heeft de LHC de meest krachtige botsingen in een deeltjesversneller ooit opgeleverd. Uiteindelijk zal de energie nog vijftien maal hoger moeten worden opgevoerd en de intensiteit van de protonenbundels een miljoen keer om uit de restanten na botsingen tussen protonen het zogenaamde Higgs-boson te vinden.
Ik wil met betreking tot de LHC op twee punten in gaan die vaak in de dagelijkse media aandacht krijgen.
Ten eerste wordt er al enige tijd geschreven over het mogelijke ontstaan van een soort micro zwart gat door de botsingen in de LHC die de hele aarde gaat verzwelgen, er is zelfs een proces gevoerd tegen de opstart van de LHC.
In realiteit is het zo dat sommige deeltjes vanuit de
kosmische straling met miljoenen malen hogere energie botsen met onze atmosfeer, en effectief is de botsingsenergie dan nog tientallen malen hoger dan die in de LHC. Dit betekent dat in de bovenste luchtlagen dus ook micro zwarte gaten gevormd moeten worden die de aarde al lang geleden verzwolgen zouden moeten hebben.
Micro zwarte gaten zullen echter als ze al gevormd worden in een miniscule fractie van een seconde verdampen en totaal verdwijnen onder het uitzenden van zogenaamde
Hawking straling. De massa aan protonen in de LHC = 2.5 x 10^-14 gram zou bij vorming van een zwart gat verdampen in 10^-66 seconden, en dit houdt in dat het fysisch niet kan bestaan omdat dit kleiner is dan de elementaire
Planck-tijd van 5 x 10^-44 s. Een korter tijdsbestek heeft geen fysische betekenis.
Zelfs een kosmisch zwart gat van 100 ton zal binnen een seconde verdampen.
Een micro zwart gat zou miljarden malen kleiner zijn dan een normaal proton, en atomen zijn nog eens 100.000 keer groter dan het proton. Het probleem is dat een micro zwart gat gewoon te klein en te licht is om zich te gedragen zoals de echte kosmische zwarte gaten.
Fysici hebben berekend dat in het theoretische geval dat Hawking straling niet plaats zou vinden, een micro zwart gat na 3 miljard jaar (dan is er lang geen leven meer mogelijk op aarde) tot maximaal de omvang van een voetbal zou kunnen groeien.
Een zwart gat ontstaat namelijk uit een grote ster die aan het eind van zijn leven al het fusiemateriaal heeft opgebruikt (totaan ijzer). Hij moet echter wel zwaar genoeg zijn om daarna een zwart gat te kunnen worden en dat betekent minimaal 5 maal zwaarder dan onze zon (de
Chandrasekhar-limiet) die dus nooit een zwart gat zal worden (deze zal een 'witte dwerg' worden). Deze gigantische massa zal door zijn zwaartekracht ineen storten tot een oneindig klein volume waarbij alle atomen worden 'gekraakt'. Er ontstaat een zogenaamde singulariteit met een oneindige dichtheid, met dus navenante zwaartekracht waar zelfs licht niet aan kan ontsnappen. Als daarna geen nieuwe massa in het gat valt kan deze door Hawking straling lichter worden (dit duurt echter langer dan het heelal oud is), maar als nieuwe materie toe stroomt zal dit hem nog krachtiger maken.
Om een idee te geven hoe het kan dat stermaterie die eerst uit gewone atomen bestond tot zo'n kleine omvang kan ineenstorten moeten we het volgende beschouwen. De atomen in de materie die wij in alles om ons heen zien, en waarvan bijvoorbeeld het bureaublad waar u nu aan zit uit hard en ogenschijnlijk dicht materiaal bestaat is in werkelijkheid voor het merendeel gigantisch leeg.
Stel voor dat in het geval van het Waterstofatoom het proton de zon is, dan strekt de baan van het enkele elektron (dat 1800 keer kleiner is) zich uit tot tien miljard kilometer dat is ver voorbij de baan van Pluto. Alles daar tussen in alle drie dimensies is leeg. Een atoom is (als we deze als deeltje beschouwen) dus een gigantische leegte. Bij de vorming van een zwart gat kun je voorstellen dat al deze leegtes worden samengeperst tot slechts een fractie van wat het voorheen was.
Vanuit de
Kwantummechanica weten we dat we in dit geval de atoom-materie vanaf hier beter voor kunnen stellen als niets anders dan stralingsgolven (energie,
E=mc²), en is het louter energie dat in het zwarte gat tot een oneindig klein volume geperst wordt.
Dit is dus hoe een echt zwart gat ontstaat, resulterend in een gigantische massa in een miniem volume met een gigantische zwaartekracht. Een micro zwart gat zou nul omvang, nagenoeg nul massa en dus nul zwaartekracht hebben en is dus behalve de naamgeving in niets te vergelijken met kosmische zwarte gaten.
Ten tweede zie ik telkens weer dat wetenschapsjournalisten schrijven dat de LHC de
oerknal gaat na bootsen. Dit is absolute onzin, de oerknal ontstond uit een singulariteit die in niets te vergelijken is met twee botsende protonen. Sterker nog, tijdens de oerknal bestonden er geen protonen, die werden later (hoewel binnen de eerste seconde) gevormd.
Het is zo dat de kennis die men opdoet met de LHC weer gebruikt kan worden in het onderzoek naar het ontstaan van het heelal, zoals wat voor deeltjes waren er in welke stadia en wat is donkere materie. Sinds enkele decennia is er veel meer samenwerking tussen deeljes- en astrofysica omdat het onderzoek van het kleine en het grote van elkaars kennis kunnen profiteren. Zodoende kunnen de resultaten van de LHC astrofysici vooruit helpen om de omstandigheden steeds verder terug in de tijd naar de Oerknal te ontrafelen, maar stellen dat de LHC de oerknal na bootst is media science die helaas veel mensen een verkeerd idee geeft.
Het Voornaamste doel van de LHC is dus het vinden van het Higgs-boson. Fysici hebben al decennia een Standaardmodel waar de tot nu toe ontdekte materie-deeltjes op logische wijze gegroepeerd zijn.
De bosonen zijn de krachtoverbrengende deeltjes voor drie van de vier universele krachten in het Universum; sterke kernkracht, zwakke kernkracht, elektromagnetische kracht.
Het Higgs-boson zou deeltjes massa moeten geven, en is nog niet aangetoond omdat het waarschijnlijk zelf een veel grotere massa heeft dan ander deeltjes en oudere deeltjesversnellers niet genoeg energie kunnen genereren om het te kunnen creëren. De LHC moet dit wel kunnen.
Daarnaast hoopt men meer te weten te komen over de aard van
donkere materie die in het heelal aanwezig moet zijn om de baanbeweging van sterren in sterrenstelsels te kunnen verklaren.
Uiteindelijk blijven we dan nog steeds zitten met de vraag hoe het zit met de vierde universele kracht, de zwaartekracht. Het blijft onbekend wat de oorsprong van deze kracht is, en aangezien de relativiteitstheorie en kwantummechanica elkaar op dit punt bijten zal een verdere unificatie hier niet werken en zal een nieuw pad gezocht moeten worden (kandidaten zouden de
Stringtheorie en
M-theorie moeten zijn).
<< Previous Post || Next Post >>
categorie:
Uncategorized,
fysica,
kosmos,
media