Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.
Lees onderstaand artikel:
AMSTERDAM - Wetenschappers van het Europees Centrum voor Kernonderzoek CERN hebben een nieuw subatomair deeltje gevonden.
Dit zou het zogenaamde Higgs-boson kunnen zijn, zo lieten de CERN-wetenschappers woensdagochtend op een persconferentie in Genève weten.
Het deeltje moet antwoord geven op fundamentele vragen over het universum. Het bestaan van het Higgs boson-deeltje zou het standaardmodel van de deeltjesfysica kloppend maken.
De Britse natuurkundige Peter Higgs voorspelde het bestaan van het boson meer dan veertig jaar geleden als verklaring waarom atomen, en al het andere in het universum, massa hebben.
bron: nu.nl
In het artikel staat dat het Higgs boson-deeltje een verklaring geeft waarom atomen massa hebben. Maar hoe werkt dat nou?
In de natuurkundeles heb je geleerd dat atomen bestaan uit protonen, neutronen en elektronen. Om te onderzoeken of deze deeltjes op hun beurt niet uit nog kleinere deeltjes bestaan zijn er grote deeltjesversnellers gebouwd. In deze versnellers worden de deeltjes met een grote snelheid op elkaar gebotst. Door het resultaat van deze botsingen te bekijken zijn natuurkundigen er achter gekomen dat protonen en neutronen uit nog kleinere deeltjes bestaan: quarks.
Opgaven:
Het standaardmodel van de deeltjesfysica is een overzicht van alle bekende elementaire deeltjes.
a) Zoek op internet op welke deeltjes er allemaal in het standaardmodel voorkomen.
De deeltjes in het standaardmodel zijn ingedeeld in drie categorieën:
- quarks: de bouwstenen van onder andere protonen en neutronen;
- leptonen: hieronder valt het elektron;
- bosonen: deeltjes die verantwoordelijk zijn voor bijvoorbeeld de zwaartekracht en de elektromagnetische kracht.
De massa van al deze deeltjes staat vaak genoteerd in eV / c2. De elektronvolt is een eenheid voor energie, maar kan met behulp van de relatie E = mc2 omgezet worden in massa.
b) Hoeveel kg is 1 eV / c2. Hoeveel weegt een up quark dan? En een elektron?
In het standaardmodel zijn 3 generaties deeltjes opgenomen. De deeltjes in deze generaties zijn wat veel eigenschappen betreft gelijk. Ze hebben bijvoorbeeld een gelijke lading. De massa kan echter veel verschillen.
c) Hoeveel keer zo zwaar is het top quark als het up quark?
Het is erg opmerkelijk dat deeltjes met identieke eigenschappen zo’n groot verschil in massa kunnen hebben. Het standaardmodel geeft geen verklaring waarom er massa is, en waarom de verschillen zo groot zijn.
Uitwerking vraag (a)
Uitwerking vraag (b)
Een elektronvolt is 1,60217653 * 10-19 J. De bijhorende massa is dan:
m = E / c2 = 1,60217653 * 10-19 / (2,99792458 * 108)2 = 1,782662 * 10-36 kg.
Up quark: 2,4 * 106 * 1,782662 * 10-36 = 4,3 * 10-30 kg.
Elektron: 0,511 * 106 * 1,782662 * 10-36 = 9,11 * 10-31 kg.
Uitwerking vraag (c)
171,2 * 109/2,4 * 106 = 7,1 * 104.
Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.
