naslag

Natuurkunde bepaalt de ultieme grenzen voor de visionair dus is van essentieel belang voor visionair denkenden. Veel lezers zonder natuurkundige achtergrond raken in verwarring door het gebruik van natuurkundige termen. Vandaar een kort lijstje waarin mogelijk verwarrende begrippen uit de deeltjesfysica en  natuurkunde in het algemeen worden uitgelegd. De bedoeling is dat dit lijstje in de toekomst wordt uitgebreid.

Cursieve woorden worden elders in de lijst uitgelegd. De lijst staat op alfabetische volgorde. Ontbreken er nog begrippen, of zijn omschrijvingen niet duidelijk, reageer dan op dit artikel.

• Alfadeeltjes: Atoomkernen van de heliumisotoop helium-4, die bestaan uit twee protonen en twee neutronen. Alfadeeltjes komen vrij als bepaalde zware radioactieve isotopen, zoals uranium-238, radioactief vervallen. Erg ver komen alfadeeltjes niet, een blad papier houdt ze al tegen, maar ze kunnen veel ellende aanrichten, waaronder kankervorming, als het radioactieve atoom in het lichaam vervalt. Het zware deeltje, of de rest van de atoomkern, richt dan namelijk een spoor van vernieling aan in de cel.
• Algemene relativiteitstheorie: theorie die de invloed van massa, energie en beweging op ruimtetijd beschrijft.
• Antimaterie: alle elementaire materiedeeltjes hebben een tegenhanger, hun antideeltje, waarvan alle eigenschappen exact omgekeerd zijn. Als een deeltje en antideeltje elkaar tegenkomen vernietigen ze elkaar en komt de energie vrij als een paar fotonen. Dit maakt antimaterie de energiedichtste opslagmethode die we kennen.
• Baryonen: zware, uit drie of meer quarks samengestelde deeltjes, zoals protonen en neutronen. Op dit moment zijn alleen uit drie quarks bestaande baryonen bekend: pentaquarks, uit vijf quarks bestaande baryonen, blijken niet wel degelijk te bestaan. Deze pentaquarks zijn in feite een kortlevende samenstelling van een baryon met een quark-antiquark paar.
• Bètadeeltjes: elektronen, die vrijkomen als een radioactief element een neutron in een proton omzet, dus verandert in een ander chemisch element. Bètastraling kan door ongeveer vijf millimeter dik metaal worden tegengehouden. Ook anti-elektronen (positronen) die bij radioactieve reacties vrijkomen worden bètastraling genoemd.
• Bosonen: Een groep waarin alle deeltjes zitten met een geheeltallige spin. Dit kunnen zowel elementaire deeltjes zijn (zoals fotonen) of samengestelde deeltjes (zoals helium-4 atomen en alfadeeltjes). Deeltjes zijn óf bosonen, óf fermionen.
• Bose-Einstein condensaat: bijzondere materietoestand, waarbij een groepje bosonen zich kwantummechanisch als één enkel deeltje gaat gedragen. Dit verklaart onder meer de bizarre eigenschappen van supervloeistoffen en supergeleiders.
• Gammastraling: fotonen die vrijkomen bij een kernreactie. Deze vorm van elektromagnetische straling is extreem energierijk en gevaarlijk: een gammafoton dat een elektron uit een atoom losslaat, wekt een lawine van ontwrichte moleculen op. Alleen metersdik lood of een andere zware afscherming (onze atmosfeer bijvoorbeeld) houdt gammastraling voldoende tegen.
• Elektromagnetische kracht: wisselwerking die tussen geladen deeltjes, zoals elektronen en protonen, plaatsvindt. Deze kracht wordt overgebracht door fotonen en is na de sterke kernkracht de sterkste wisselwerking die bekend is. Vrijwel alles om ons heen is een gevolg van elektromagnetische processen.
• Elektronen: elementaire deeltjes met een negatieve lading. Elektronen vormen met de positief geladen atoomkern atomen.  Elektronen zijn erg licht: rond een tweeduizendste deel van een proton of neutron, 0,5 MeV/c².
• eV, keV, MeV, GeV: elektronvolt, veel in de deeltjesfysica gebruikte energieaanduiding. Het is de energie die een elektron er bij krijgt of verliest als het een elektrisch potentiaalverschil van 1 volt loopt. De letters k, M, G zijn SI-voorvoegsels die machten van duizend aangeven. k=kilo:1000 (1 kg = 1000 g), M=mega:miljoen, dus 1 Mg is een ton. Een kleine letter m is milli, een duizendste. G = giga:miljard. Je zou dus kunnen zeggen: er woont 7 gigamens op deze planeet en het ESM kost ons minstens 40 giga-euro, volgens boze tongen zelfs 1,6 tera-euro (tera, T, is biljoen). Misschien handig voor een dictator om op een bankbiljet te printen als de inflatie echt gierend uit de hand loopt.
  Massa is energie gedeeld door het kwadraat van de lichtsnelheid. Duid je dus de massa van een deeltje aan, zet dan /c² achter de eV-aanduiding.
• Fermion: elementaire of samengestelde deeltjes met een oneven spin. Elektronen, protonen en neutronen, de bouwstenen van de materie om ons heen,  zijn bijvoorbeeld fermionen. Fermionen hebben een halftallige spin, bijvoorbeeld 1/2 of 1 1/2. Dit Pauliverbod is belangrijk, want dat betekent dat fermionen niet te dicht opeengeperst kunnen worden. Zonder dit verbod zouden er geen atomen en dus ook geen mensen bestaan. Tenzij fermionen Cooperparen vormen: tweetallen. Hun spin wordt dan weer geheeltallig en ze gedragen zich als bosonen. Zo is er helium-3 supervloeistof bekend: deze ontstaat als zich paren helium-3 atomen vormen. Helium-3 atomen hebben een oneven aantal deeltjes en dus een niet-gehele spin.
• Foton: elementair deeltje van elektromagnetische straling. Licht bestaat, zoals alle andere vormen van elektromagnetische straling, denk aan radiostraling, UV, warmtestraling en röntgenstraling, uit fotonen. Fotonen hebben geen massa, alleen energie en impuls en bewegen in vacuüm altijd met de lichtsnelheid. Hoe korter de golflengte van een foton, hoe meer energie het bevat.
• Gluon: deeltje dat de sterke kernkracht, de sterkste natuurkracht die we kennen, overdraagt. Er zijn acht verschillende gluonen die elk de “rode”, “groene” of “blauwe” lading (of antilading) overdragen. Gluonen houden de quarks in protonen en neutronen bij elkaar. Omdat gluonen ook met elkaar reageren, is een extreem zware supercomputer nodig om zelfs voor een enkel proton of neutron precieze berekeningen uit te voeren.
• Higgsdeeltje: elementair deeltje waarvan het bijbehorende Higgsveld, zo wordt door vrijwel alle natuurkundigen geloofd, via het Higgsmechanisme massa geeft aan deeltjes als elektronen en quarks. Higgsdeeltjes hebben vermoedelijk spin 0 en zijn dus bosonen.
• Higgsveld en Higgsmechanisme: Higgsdeeltjes zijn de manier waarop het Higgsveld met deeltjes reageert. Het Higgsmechanisme maakt gebruik van zwakke wisselwerking om alle deeltjes met massa aan  het Higgsveld te koppelen.
• Isotoop: atoomkernsoort met een bepaald aantal protonen en neutronen. Voorbeeld: uranium-238 is een isotoop van het chemische element uranium met in totaal 238 deeltjes in de kern. Alle isotopen van een element hebben hetzelfde aantal protonen, maar een wisselend aantal neutronen. Als in een isotoop naar verhouding teveel protonen of juist teveel neutronen voorkomen, wordt dit radioactief. Ook bismut en alle atoomkernen die zwaarder zijn dan bismut zijn radioactief.
• Lepton: groep elementaire deeltjes, bestaande uit elektronen, neutrino’s, muon, muon-neutrino, tauon, tau-neutrino en uiteraard de bijbehorende zes antideeltjes. Belangrijk, omdat er een “behoud van leptongetal” bestaat: verschijnt er ergens bijvoorbeeld een elektron, dan moet er dus een ander lepton verdwijnen (of anti-lepton, bijvoorbeeld antineutrino, geproduceerd worden).
• Meson: deeltje bestaande uit twee quarks. Deze deeltjes zijn erg instabiel en rond de tien keer lichter dan baryonen die uit vergelijkbare quarks bestaan.
• Muon en tauon: instabiele, zwaardere varianten van het elektron. Muonen overleven ongeveer twee miljoenste seconde, tauonen een kwart biljoenste seconde, waarna ze gewoonlijk uiteenvallen in elektronen en een paar neutrino’s. Er kunnen atomen worden gevormd door een muon of tauon om een atoomkern te laten draaien.
• Neutronen: ongeladen zware deeltjes, een kleine fractie zwaarder dan protonen. Losse neutronen vallen in ongeveer een kwartier uiteen in een proton plus elektron (plus antineutrino). Neutronen zijn alleen stabiel in atoomkernen, waar ze met protonen deel van uitmaken. In zwaardere kernen vormen ze de meerderheid van de kerndeeltjes. Langzaam bewegende neutronen worden gemakkelijk geabsorbeerd door atoomkernen. Neutronen kunnen hierdoor stabiele kernen instabiel, dus radioactief maken. Daarom moeten reactorvaten van kerncentrales als radioactief afval behandeld worden: de atoomkernen dat hier inzitten zijn door de neutronen die vrijkomen bij de kernreactie, instabiel gemaakt.
• Neutrino’s: spookachtige deeltjes, net als elektronen leptonen. Neutrino’s reageren alleen via de zwakke kernkracht (en bewegen zoals alle deeltjes door ruimtetijd) dus zijn extreem moeilijk waar te nemen. Het vereist een lichtjaar massief lood om een bundel neutrino’s 50% te verzwakken. Ook oscilleren neutrino’s tussen de elektron-, muon- en tauon-toestand. Neutrino’s hebben waarschijnlijk een (zeer kleine) massa.
• Positron: antideeltje van het elektron.
• Proton: positief geladen zwaar deeltje. Het eenvoudigste atoom, waterstof-1, bestaat uit een proton waar de waarschijnlijkheidsgolf van een elektron omheen zit. In zwaardere atoomkernen zitten ook neutronen. Voor elk proton is er een elektron aanwezig om het atoom elektrisch neutraal te houden. Protonen bestaan uit twee up-quarks en een down-quark.
• Quark: samenstellend deeltje van protonen, neutronen en andere baryonen. Quarks zijn fermionen. Quarks komen alleen in tweetallen of drietallen voor en kennen een asymptotische aantrekking: hoe verder van elkaar verwijderd, des te sterker de aantrekking.  De reden dat protonen en neutronen compacte bolletjes vormen. Er zijn zes verschillende quarks (met bijbehorende zes antiquarks): up, down, de zware, instabiele charm en strange quarks en de zeer zware, uiterst instabiele top en bottom quarks.
• Sterke kernkracht: de sterkste kracht die we kennen is de kracht die quarks bij elkaar houdt. Een restje sterke kernkracht tussen aangrenzende protonen en neutronen houdt atoomkernen bij elkaar en overwint de elektromagnetische afstoting tussen de protonen. In feite is dit dus de wisselwerking tussen quarks in de twee deeltjes.
• Virtuele deeltjes: groepen deeltjes met netto massa/energie nul die zeer korte tijd bestaan. De onzekerheidsrelatie van Heisenberg, [latex]dE * dT \geq \frac{\hbar}{2\pi}[/latex], zegt dat ook zeer zware deeltjes, bijvoorbeeld W- en Z-bosonen, gedurende zeer korte tijd, omgekeerd evenredig met de masa kunnen bestaan. Virtuele deeltjes komen altijd in paren voor die elkaar binnen de onzekerheidsmarge weer vernietigen.
• W-boson: zeer zwaar deeltje, dat in positieve of negatieve vorm voorkomt (die elkaars antideeltje zijn), dat de zwakke kernkracht overbrengt. W-bosonen kunnen onder meer een up-quark in een down-quark omzetten en andersom en maken hiermee radioactieve processen mogelijk. W-bosonen zijn 80 maal zo zwaar als protonen en neutronen.
• Z-boson: zeer zwaar deeltje, rond de 100 maal het gewicht  van een proton. Een Z-deeltje is de ‘neutrale stroom’ dat alleen impuls overbrengt, maar verder niets verandert. Elektronen en neutrino’s kunnen met elkaar ‘botsen’ omdat ze een Z-boson uitwisselen. Dus zie je ergens plotseling een elektron uit het niets opduiken met een enorme snelheid, die tegen de stroom neutrino’s in gaat, dan is waarschijnlijk een Z-deeltje verantwoordelijk geweest.
• Zwaartekracht: in feite een pseudokracht die ontstaat door de vervorming van ruimtetijd door massa en energie. Omdat de ruimte van vorm verandert, lijkt er een krachtveld aanwezig, maar in feite is sprake van geometrische effecten. Elke poging om een kwantumversie van de zwaartekracht op te stellen eindigde tot nu toe in een wiskundige nachtmerrie. Vermoedelijk omdat appels met peren worden vergeleken: kwantumtheorieën hebben een ruimte nodig, die de algemene relativiteitstheorie juist beschrijft. Een nieuwe benadering, waarbij een succesvolle kwantumbeschrijving van een zwart gat is opgesteld, biedt hoop. Wel zal dan een zogeheten achtergrondsonafhankelijke kwantumtheorie moeten worden bedacht, een kwantumtheorie dus waaraan je niet extra een ruimte (achtergrond) hoeft toe te voegen.
• Zwakke kernkracht: natuurkracht die verantwoordelijk is voor radioactief verval en op zeer kleine afstanden werkt, rond de grootte van een atoomkern. De zwakke kernkracht werkt in op fermionen, dus alle elektronen/muonen/tauonen, neutrino’s en quarks. Ook zal volgens de theorie de zwakke kernkracht op Higgsbosonen inwerken: in feite is het de zwakke wisselwerking, die verantwoordelijk is voor het zogeheten Higgsmechanisme, dat elementaire fermionen en W- en Z-bosonen massa geeft.