Hoofdartikel
Nobelprijsnatuurkunde
Op zoeknaarhet laatste De Nederlandsenatuurkundigen Gerard
't
Hooft en Martin Veltman
kregen vorige maand de Nobelprijs voor natuurkunde uitgereikt. VakgenootAlexander Sevrin beschrifft voor Natuur & Techniekwaarom deze toekenning zo terecht is.
Frof dr A',
*r $*viir
Brussel Vrije Universiteit
Large Hadron Collider Langzaammaar gestaagvordertde bouw van de LargeHadron Collider(LHC),de nieuwedeeltiesver-
snellervan het Europese laboratorium CERN.Natuurkundigen hopen met dit aPPa' raat het Higgsdeeltie te ontdekken.
insdag 12 oktober, net iets voor de middag, surf ik naar de Nobelsite oP het World Wide Web. Bii de rweede poging verschiint het bericht "De Koninkliike Zweedse Akademie van Wetenschappen heeft de Nobelprijs voor natuurkunde I999 toegekendaan professor 't Gerardus Hooft, Universiteit Utrecht, Utrecht, Nederland, en professor emeritus Martinus J.G. Veltman, University of Michigan, VS, verbliivend in Bilthoven, Nederland." De citatie luidt: "voor de opheldering van de kwantumstructuur van elektrozwakke wisselwerkingen in de natuurkunde." Een gevoel van weugde overneestert mii. Indien er een Nobelprijs voor de natuurkunde reeds heel lang verwacht werd, dan was het 't wel een prijs voor Gerard Hooft en Tini Veltmant In het naiaar van 1969 kriigt de Utrechtse 'Tini' Veltman (1931) gezelhoogleraar Martin schap van de student Gerard't Hooft (1946). Veltman is een van de weinige natuurkundigen die nog zoekt naar een goed wiskundig model voor de elektrozwakke wisselwerking. Vele collega's hebben de hoop al opgegeven;als ze experimenteel waarneembareprocessenproberen te berekenen,verkriigen ze onzinnige resultaten. Veltman is ervan overtuigd dat het toch moet rt lukken, en werkt aan een computerprogramma E dat de noodzakeliike wiskunde hanteerbaar
22
- jonucti 2000 Notuur & Techniek,weteffchoPsmcgczine
e6 -rs,{Jsahpap-eJretueueleep lsraa a,laueleour 'ued trn Jepree ueflnz ue8er azaP do uaProol!\]rrP ocl -frr8aq at uo rreur]la1 Ir?A{re^{ ler{ ruo rJooH l, /?ual/{luP/eq're ,,Zsehleeper?luatuele uassnt ue8uDlre1t^'lessl,^^ 'qn^ a.^{//:dllq rr \ lr.)rl eletueuPPunJ lsseru eP ullz IPIA,, ue .,ZP.t\noq ualq3srx ua satilaap Ja^O i . r . r J i.l) : t\ l l l p l . : 1 . r r t r L 1 : t : 1 -e3do sr runsradrun suo lrnrepl se[rleapetsurepl 'uooH 1[] \ l)lrf l\.)r \,irf eP u[Iz leIA,, :ue3?r^ eP do Proolque uee l{eoz l, u3 uPlulle^ N .ilrltP\ ;1{r l.rriiilil rrir:tt.r ri r;.r uE^ {ro1r,\leq u?P tue{eol PIeJel( eSrpunrynnt auldDslpqeozrepuo azec 'eol perq33{e^ tlp rppu -Eu irf \ Pil \liJ,..)l -\r lrfl l:\,\ ap ep apun{mruru roo^ uezllrdleqog 3ry[r,rue3(r.1. lpp 3ue1aqlaq ts[1,r.eq666I epun{mn]pu )il.i \ii-li:i J p l i . ) l l t . i ) \ l t l f l :ue8uruue{eolsllrd roo,r. s[rrdleqoN eC 'ueturo^ {??rqroop e{[uBuEI spuls up^ Suur-a ue8w8 \ t St6 I -aq uee erp uele{rlrE eeAt (fi{ paarrlqnd 1161 -leqoN L { r , r )i . r ) l ( ) t r l t \ J [ ] l i t ) l ) - J J r f t aP u?^ Pueq eP uE? uelsur Plaeqroo^llq uI 'lPJOn ft?qrye. a errosrll eP sslurEe.4aue{eoz u?^Je SuPIaqJauelar leq ueurm{ 3lA 'ePlm{mnl -eu ep u?^ perqeSleeploorS uee sI lrcl 'uersnlrs EJ el epoqleu uee ruo {PPr sF f[g1 5oo11 l, ']{€?Iu
i J . ) l L l i l i L, )r . ) : i r l r \ ( J s r { 9 ( )
ur.r.rJsrJPlrcYrJV rp.lord
["
.
,lt
rr&,
.
r .{*
N$
Hoofdanikel
xotctsris nnricnda
"Wot zijn de kleinsted,eeltjes" is opgebouwd?" wooruitonsuniversum
Topquarks In het Fermihb,bii Boston,ontdektenonderzoekersin 1994 geledenaanwijzingen voor het bestaanvan de tot dan toe onvindbare topquark.De meetsignalenvan deeltiesdetectoren worden omgezetin kleurigecomputerafbeeldingen.De energie, bewegingsrichting en ladingvan ontstane deeltjesverrraadtwat er bij de botsing is gebeurd.
de experimentelehoek komen.De theoreetpoogt dan weer een mathematischmodel voor &e deelties en hun onderlinge wisselwerkingenop te data stellen.Dit model moet niet enkelbestaande daarnaast ook maar moet reproduceren, correct nieuwe, experimenteelverifieerbarevoorspellingen maken.Dit programmabevindtzich inmiddelsin eenvergevorderdstadium.De Nederlan't ders Hooft en Velrnan hebbenhierbii eenessenti€lerol gespeeld. Als je inzoomt op eenstukiematerie,vind ie snelkleinerestructuren.Moleculenzijn opgebouwd uit atomendie ongeveer0,1 nanometer ofwel 10-10m groot zijn. Atomenbestaanuit een positief geladenkern, 100.000maalkleiner dan het atoom zeli waaromheennegatiefgeladen 'cirkelen'. Tot op hedenhebbenwe elektronen geenverderesubstructuurvan het elektron ontdekt. Met anderewoorden, tot op de kleinsteafstandendie we nu kunnen waarnemen,ongeveer l0-18meter,bliift het eleknoner alseenmathematischepunt uitzien. De atoomkernheeft daarentegenwel nog verderestructuur.Hij is opgebouwd uit eenaantalpositief geladenprotonen
t-,1*J*,
Ook en eenaantalelektrischneufia]e.neutronen. protonen en neuEonen zijn op hun beurt niet elementair,want ze ziln elk uit drie quark opgebouwd. Het neutron bestaatuit rwee downquarls en eenupquark,terwijl het proton uit eendownen twee upquarksbestaat.Voor zover we nu weten hebben quarksgeenverderesubstructuur. Eenuiterst eenvoudigplaatlekomt zo te voorschijn:alle materieis opgebouwduit twee soorten quarksen uit elektronen.Hieraanmoeten we ook nog neutrino'stoevoegen.Dit ziin elektrisch neutrale,zeerlichte deeltjes,die bii talrilkeradioactievevervalprocessenontstaan.Merkwaardig genoeg heeft de natuur &t plaatjetot driemaaltoe 'generaties' van elemengekopieerd.Er ziln drie 'leptaire deelties.Elkegeneratiebestaatuit rwee tonen' (eenelektronachtigdeeltjeen het biihorende neutrino) en uit twee quarks.Het enige verschil tussende drie generatiesis de massavan de leden. Elkevolgendegeneratieis een zwaardere uiwoering van de vorige, maar gedraagtzich identiek.Dit is een gelijkaudigesituatiealsdie in de scheikundewaar elk elementuit diverseisotopen bestaatmet chemischgelijkeeigenschappen. Bekiikenwe de onderlinge wisselwerkingen tussende materiedeeltjes,dan blijkt dat we alle krachtenin de natuur kunnen terugbrengentot vier fundamenteleinteracties.Twee ervan komen we dagelijkstegen: de zwaartekrachten de eleknomagnetischekracht.Met de anderenveeziin we minder vertrouwd, maar ze zijn daarom niet minder belangrijk.Beidelaachtenmaaifesteren zich slechtsop zeerkleine afstanden.De sterke kracht houdt onder anderede quarksin een proton en neutron biieen. Verder bundelt diezelfde sterkekrachtde protonenen neuronen in een atoomkern, ondanla de elektrostatischeafstoting tussendie protonen. De zwakkewisselwerking Iigt aan de basisvan sommige radioactievevervalwaarvanhet bdtavervalvan het neuprocessen, tron het bekendsteis. De gemiddeldeleeftiid van een neutron is iets minder dan viiftien minuten, waarnahet neutron vervalt naar een proton, een elektronen eenneuEino.
96 'u[lz leeq -raeurJoue.r ueauooqDl[l 'uoPloo,rr'\ lep Foz uotll erapuPlou.l'ueeuoeqll[r ftq lryelr elnpecold ezep lEp ueEapuool uooH lt 'ultz(6tPula) loitutz uele{ns€l eJEquJeeuJee/rl 1epezftivrebruePozdo ynaqeb 16 ueletuUeProq el ouoeqUfteP ut ualuels -uoc olequloeulee/'A-lelu roop pieeututlea6 uePlor"r (aleqlaelo4 se4ue6.raatp -uoc) ePreelnoeieboO
'ueuuen ue uooH I, ue^ pueq op uerrst 'pueoue6 ,at1es -uelnbereleuotsuetutP, 'leruqceletlesuEln6aJ al -4ruqeb lseau eO 'UEeu (6rpuro)rPPqlealo4 -uoo'ueuJolJoo^ elJoeql -1ftuae ut arp (uePeqbtP -urauo)setluebtellP elP al -npecordebrpunlstr*ua3
'sleru 13q ur Jee./t ez ueu[l APreAsue3lolJe^ 'eo] plu auo4 ePuemPe8 ]eP le?ls allePrsPreqro{az -uo s8requasreH 'elSreua ue^ Pnoqeq leq llqfteP uaPelra^o ua ue^e uPElsaq'sleluleq lrn ueu -[rqosre,rsehpap e{lnz 'ehFePllu? u[Iz ue ehlaeP uea trn aPu?PlsequeftdsehlaeP alenlrh lrEr\{o1I\ uae rooP uerle8ruo PuarnPlrool sr uorl{ela ueg 'oz 'leru uol{ele Pu?ElsueelPuea sratuur l??lsaq 'ueer{ SuIPq aSrPureuee uorl{aF teru rrP sr rlrol taq lEp Sururaurtt,u, aP lalu 4etrdsueSat uI t1[I1 tIC ue^aB 3urpt1 aqcsrrrlsle e^all?3eu'ator3 3rp -ureuo uer uoJllola elleeu 'rPuEPlsueel[€lrq et 'ue3[Ir{ rl 3e,^^seuua8re^IPePIEEdeqtuo loour 'uefialsroo^ l31o,r sp ueresrlErurouor leq relr{f,E ?rrs,{Jep a[ e[ un1 atusrlau8eruorl{3la lerl roo^ 'luaBre^ -rp reeur leru snP ue 'uhz PrasluuepaS PaoS ueu -euoueJ erequeauft?,^ ap l?P ezflll^ aSruepoz do uneqJS UC ueralerdralm el lua8re^rP sF ue ual -sruuePraq el erroeql aP ul ualu?lsuol arPqrueeu -reE/v\-lelu 'aPFedeq rooP usreqrosqP el sauuaS -reAIParP uue lPPlseq'erlPsrl€turouer'dtts epuaS SrPulauo slEoz 1o^ eo roo^ reetu leru ueP lluo{ 'usraPuoz elJE lsluo{lm uog ,sah3u,ellueSle^ -rP eP tuo lEelseq urre eIP 'dPls eqlsruqral rnnd uae sr ueJ qJol r?Elu 'e1hr3ue1aQreez JEP,^Asqo,^A -e1n3ag',ue.lesllBtulouslue uoielnooj, sI? PuaI
'uerueBP eqeslletu -rouerep u1uep6ee;s uooH L ue ueulllen pl'6!1sel 1slallnuer -efl\ ueelloeql eqcslJl -euurAs-letuuee ueb -uluelareg'lln lel rse erepueuee puor leerp e^leq ue3 ue se uee puoJoels1leMluae pleeqroo{g 'ue6ullap -ueq ue^ ep,lo6lo^ep geeu apoaqq[; aqcs -ulsuur^s-lelu uee llg qssl4eulul^s-plN
-eq uelpspursteetsazfvr,r4ra,r{ unH 'do ruaalqord tgpra8ur,rtqc5ueqnf ua PBEuPruoIo$I-uIS 'u€urul,eC PftI{rr-Uualsol Sruae^uerel pura se4 'snp suesuouarePPFrI)I'uee8at rooP tuo sup{ %00I u?p raaruuaqqaquassacordeBnuruos 'Proolr\llre'31pu1auo 'p8ezeS ua38azp'l' snpuv tPP'lu33ra^IPuaa lsP^eets JE3rwtpser e{slssePl qaq do arlrer.rof, ar{f,sluel{f,eruumluPltlq uaa IrPA '3e1 ueua{arrn ra11 Pueq eP rool lalu IIP l?P sPaer 'sa[t1eapom]ueuela uatu ts!\ 31rrepuarel ap u1 uessnt ue8unlre..(lessr.4ep plaaqrool[Iq'ualeds -JEppqls eurePl reez uea do qrrz arp ueJarluef,uo) ueuauroueJ do suo er* eJPoz E)rrrer{f,atu a{erssePl eP sralllun l3ueua,r Ef,ruPrlJaruumlrrP^\)I'ua{aoz -rapuo el erroer{l ezeP rrEAseu?Jlldrur aqf,slu?qc -aururnlu?1tt{ eP {oo ulo ser* dels epue31o,r'ual 'ueuoloJ ue,r 3u1assv"r -lr-n eP ?I^ ua{F.{alessra r€?{la letu seltlaep uep -qe8 qcq.u1a1aserrerd eoq rrP ue^a8 Suuhrqlsaq etuetslsuoJ uea arp ua8unl[la8re,r Iels uea A naa aBr:or'ap1a44rtr'ruo(6181- I gg 1) lemxeyrl rya13 'llpex{ eqrsueu3truoalale ap :uad sauref toqr5 aC -ar8aq peo3 3ue1spaar sr uetqf,?q rer aP IrE^ uaf, * f,1i !: *r $i l..jf * i iil J\4-x 'ahleap-o7 leq ua -IA leq '+lA laq :PssPule']$ ueqqeq 'ue8uerqla^o SurXrerttlassutt e+P/(z aP 'lq]Pxrl eTals aP ua8trp ueuonlS orp se[rleePaC szolPss?u tqf,E ua Ip?qeFell^?r3 ap l3eup uol -r,rer8 ezopsstu taq 'tql?q aqlsrleu8etuor]rlele eP 'srhleePlqrtDl fwrp feerp uoloJ azopsstur leH ue,r.Surpssu"um eP Er r?e{le uaPsol^utaq sa[l1aap -eualPlu eJrelueluolg 'fqJPr{ 3{Iels aP ua e)p[E1r^z ep 'aqosrteu8tuor{ala eP uP^ uedfu3eq leq lol ap -uPlsu elsrea IrI snP suo ua4radeq ai 'uauol{3la eeal epJlazep uassnt (3uuotsJPaqrsllelsor{eP ep) rqru4qruolnor ap utP sr ra)PlelrtzIPEIU(z'01)
000'000'000'000'000'000 000'000'000'000'000
'000'000'000'I uauol{ela ea^\l uessnl (lqlPq -sSunDlanuee apuorlelr,rer8 ep) lqcu4uor'uau 'sau?nlls eP l?p srsurun uael SuruaJaoemePl ueg aleluaunradxa elaDuof, uI JeeqsoolresMJe^lqJPrl ezap sr'{eozrepuo qf,slleroeql luerer [1qtlaeds 1or a1[1r8ue1eqraez uae lrlf,EqaueP.rz aP le1(aoH
'eplezleq sl a!ilsod ellllePuleiln eO '6eF a leq uee ue 6elspertnluee laslep 6rsse-aell uaa u! uad uee pleaqJoof;q leelq 'leelnsel leq do Peol^ -u! uae6selleuJol -suerl ue^ eplo6lo^ eP Ueaqeusqeubeutoq -e|a ue^ e!,loeqlap leq sleoz uas1loeq11!! !E 61sse-earnl
Hoofdartikei
Nobetprijs natuurkunde Materie
Stand aardmodel
Gedurende zijn korte leven beinvloeden zo'n paar en het elektron eikaar. Neem bijvoorbeeld een negatiefgeladen elek-
Naakt elektron Een elektron is. volgens de kwantumtheorie, omgeven door talloze kortlevende virtuele deeltjesparen. Die schermen het naakte elektron af.
tron en zijn positief geladen antimateriebroertie, het positron. Dit paar ziet eruit als een kleine elektrischedipool. Als het mer ons naakte elektron wisselwerkt, dan richt het dipooltje zich met ziin positieve zijde naar het elektron en schermr zo de lading daarvaneen beetje af. Wat we dus in werkelijkheid hebben, is een naakt elektron omgeven door een dichte wolk van elektrische dipooltjes die zijn lading afschermen.Een waalnemer ziet de lading van het naakte elektron niet, maar wel de kleinere, afgeschermdelading die eindig is. Deze procedure lijkt misschien vergezocht, maar uiteindelijk is de naruur de ultieme rechter.En jawel, theorie en experimentstemmen met elkaar overeen en dit met een ronduit verbijsterendenauwkeurigheid. Theorieen waarvoor dit zogenaamderenormaliseren werkt, zijn uitermate zeldzaam.Het is dan ook niet vreemd dat het zeer lang duurde voordat natuurkundigen een analoge theorie voor de andere wisselwerkingen ontwikkelden. Gedurende de jaren vijftig en zestig was er slechtseen kleine groep theoreten die bleef geloven dar re-
Een klassevan kwantummechanisch consistentewiskundigemodellen die de wisselwerking tussenelementaire deeltjes via de uitwisseling van krachtdeeltjesbeschrijft.
normaliseerbaretheorie€n alle wisselwerkingen adequaatkunnen beschrijven.Een van deze mensen was Tini Veltman... In 1954 stelden Chen Nin Yang en zljn student Robert Mills een veralgemenlng van de maxwelltheorie voor. Deze kennen we nu onder de naam Yang-Millstheorie of niet-Abelse ijktheorie. Deze theorie liet een nieuw type wisselwerking toe, waarbij de aard van een materiedeeltiekan veranderen. Zo kon bi)voorbeeld een downquark in een upquark veranderenvia de uitwisseling van een nieuw krachtdeeltje,het W-deeltje. Hoewel deze theorie binnen een totaal andere context ontstond, vormde ze de basisvoor een theorie van de zwakke wisselwerking. Een belangrijke eigenschapvan de zwakke wisselwerking is dat ze, zoalsChen Nin Yang en Tsing Dao Lee in 1956 voorstelden, pariteit schendt, of zoals natuurkun
26
Ndtuur& Techniek, wetenschopsmogozine jonucri2000
LEPTONEN Eerste familie
Elektron Verantwoordelijkvoor elektriciteit en chemische reacties. Lading: -1
Tweede familie
Muon Zwaarder familielidvan elektron. Heeft een levensduur van tweemiljoenste seconde.
Tau Nog zwaarder.Enormon. stabiel.In 1975ontdekt.
Derde familie
i
i Gluonen
T
Dragersvan de tussenquarks. Het explosieve vrijkomen van kernenergie is het gevolgvan de sterke kracht.
Gevoeld door quarks
digen zeggen, violeerr. Ruwweg kun je je hierbij het volgende voorstellen: a1sje via een spiegel kijkt naar een vallende appel, dan is de beweging van het spiegelbeeldnog steedsbepaalddoor de wetten van Newton; het origineel en zijn spiegelbeeld volgen dezelfdenaruurwetren. Dit geldt niet voor zwakke wisselwerkingen. Richard Feynman en Murray Gell-Mann ontdekten het microscopischemechanisme dat daarachter zit. Materiedeeltjeshebben de eigenschap spin, ze tollen om hun eigen as. Ze komen in twee versiesvoor: er zijn rechtshandigedeeltjes,
L6 'Essturu33[u{ 'u?P8ut? 3ur:pa''ulessr.nt taH lrq lrtu arp saftlaapa;;y att uaa etrlaapsSSrH eutsrutr{Jeur 1eeps33r11teq :ehiaePi nelu uee sr tlp ur tuerpar8ur >1lrtelezpoouuef roo^ t96l ur etusrupqJarulrp uePletss33rg rele4 tug ap ue 'seiiaxnrg ep arQIT elrsrr,tlun eP ut^ Ilrreure nu uepleq 'tre18ugstoJuPu ue lnolf, lJeqou 'ur"rarqtBttls aursrueqcausSSrllapruetueSozteg 'uartPlra^ el lqJ?DI e{IP^ z eP ut^ lrl)PJP alro{ 'setlleaP-0zue --iA '-+M ep luo ueqqaq esseur J{Ip^\z JP .loo^ sa[t1::ptqlel1 :p '3uL4.ra,ltlessr^ JP UAlsOuIJePJaA ueoP el laruel ueerJlaru
z
-ur.(s elatluassaJePuozuarsf,nPoJlurel s,ESStur 'ualePu€q uro Srpno.tuea tf,erTPtaru terl sr UPP -aq ute8 s.reputsahleapaSrpurqslqrar ue -s{uII ut^ Jrlf,nPollur eP sr IaPouplEPP e.^ slv PSSPIu uets le{ uel SurlelTmluo 3P ur dtts elsletl eq iEsIaAef,rr\ ua Srpueqstqrer srelrrulr ahlaap Srputqs{uu leq 'qf,srrteiuru.(sla8ards lalu 1[qep sr la3ardsep uI -rnp z rP ErAua{re.^ e{{P.^ 3urrye.na'1assr.u' sr tIC uo -s{uli IPP lossr^ sreput sehleapa8rputqstqrar eP ue8a] erP 'eB req r{[qq nN uallo] ur s:ez[r,ra' -rpupLlsIUrlue 'uellotreurs"r:z[r,tt1o11 rP leur JIP
uauolool uapega6 ua slJEnb roop plao^ae
--l
;
m z
t\ 'llapluo
'uenre 6;o,re6
6ou eol 6ou 1e1u 1o1ulz ueuolr,relg 'uolr|c€rlinnleu
.J\.
-
\ t>
1aq ultz etulaqc ue ']leilcllllolS eustleuoeu-l
I
t t:;t"",r$,=t, lo$,;:LJJ^."sill"i
olaluauPpunl ren ep ue6etp ezaq sa[1;eep
zll\-z \Y
e7 epue6e.rP
'ueulo^ 6ul1el1s eqcstlau -6eluor11a;e erpse[1;ae6
T uauoilAej9l ueuosoqrolte^
'uPPlsaq ualaou leM noz reelu ']Iop]uo leru 6o1 oulJlnau-neI
f't96 t u! ]lapluo 'lienouMop ep ue^ pllarllulEl)ap)ee$z oOueJlS
az oM uepur^ nN 'roo^ leu)lloo ep eu IelA uouieMl se[;aap ezeg
!-+
deo:6 ezap1o1 uaroqoqsa4leop auoMaoollv
'lienbdn 'VL6L ul Uepluo )opJee[z op ue^ pllorllulE1ulleqS i
o
OA/v\lUAUOiInOU :u?9 l3 uo[e^oq ueuolo.ld '971- 6utpel aqosrrtlalf u't^oo
e
'u?9 uauotnou:aoMl ro uaue^oqueuolold '976+6utpelaqcsuDlols
On - ]
svuvno
sehloapalroleUl
,f.
'uonLu loq leul 6rpt41frlabsalllaep abtr"uuos uel le^re^ 1eq [tq 1ee1s1ug ou!4nauuonu\l
d*
1^ \
l-
ues ueeqcrle[ ue,ueueplef1tu -rnJ)|lOOp OpUOSASiod
ESSeul
taPuo2 ue 6urpe1 1oo 1[r;e6oru oul.llneuuolplslS
uorFeN
uroolv
uorDlolS
uolord
$lIeno
Hoofdartikel
Hooelprijs natuurkunde E
Eerdere Nederlandse Nobellaureaten natuurkunde
Ers! E&fl r
7E
Het BelgischNobelavontuur heeftzichtot nog toe beperkttot prijzenin de genees-en scheikunde, de vredeen zelfsde literatuur, maareen prijsvoor natuurkundeontbreektnog steeds.'t Hooften Veltman daarentegen zijnde achtste en negendeNederlandse Nobellaureaten in de natuurkunde. Hierondereen kort overzichtjevande andereNederlandseprijswinnaars. 1902 HendrikAntoonLorentzen PieterZeemanvoorhun werk (Lorentz:theoretisch, Zeeman:experimenteel) overde invloedvande magnetische wisselwerking op elektromagnetische straling.Nietonbelangrijk is het feit dat Lorentzgeldtals eenvande allergrootste theoretische fysiciallertijden, 1910 JohannesDiderikvander Waalsvoorzijnpionierswerk betreffendede toestandsvergelijking voor gassenen vloeistoffen. 1913 HeikeKamerlingh Onnes voor de productievanvloeibaarheliumdat de start betekendevan de lage-temperatuurfysica en dat onder anderetot de ontdekking vansupergeleiding leidde. 1953 FritsZernikevoorziinontdekkingvande fasecontrastmicroscooD, 1981 NicolaasBloembergen gedeeldmetde Amerikaan ArthurSchawlow,voor de ontwikkeling van de laserspectroscopie. 1984 Simonvander Meergedeeldmetde ltaliaanCarlo Rubbia,voorde ontwikkeling vanstochastische koeling vanantiprotonen die de ontdekkingvande W- en Z-deeltjesmogelijkmaakte.
28
Lorentz 1853- 1928 Leiden
Zeeman 1865-1 943 Amsterdam
ilr{ ffiW
Vander Waals Kamerlingh Onnes 1937-1923 1853-1926 Amsterdam Leiden
Higgsmechanisme is als een vooraanstaandepoliticus die zijn auto probeert te bereiken terwijl journalisten hem omringen. De verzamelde pers vertraagt zijn beweging. Het is alsof de politicus effectief zwaarder wordt. De Higgsdeelties geven, als waren ze de journalisten, op een analoge wiize massa aan een deeltje dat in eerste instantie massaloosis, de politicus. Schoonschip Het werk van diverse fysici, waaronder Steven Weinberg, Abdus Salam en Sheldon Glashow, culmineerde in 1967 in een model dat deze inzichten combineerde en uireindeliik een geiinificeerde beschrijving gaf van zowel de zwakke als de elektromagnetische kracht. Dit model voorspelde een nieuw type zwakke wisselwerking, deze overgebracht door het Z0-deeltle, en had als cruciaal ingredidnt dat in elke generatie twee verschillende quarks voorkwamen. Op dat moment kende men slechts drie quarks: de up-, de downen de strange-quark. Hoe men precies kwantummechanische correcties moest uitrekenen en of het model riberhaupt renormaliseerbaar was, was al helemaal onduidelijk. Martin Veltman werkre in 1969 al enige tijd aan de kwantummechanische structuur van ijktheorie6n, onder andere met zijn computerprogramma Schoonschip. Veltman en zijn student 't Gerard Hooft ontwikkelden samen een nieuwe methode om het model van Weinberg, Salam en Glashow te reguleren, dus om de divergenties af te zonderen. Daarmee verdween het probleem dat de ijktheorie€n onzinnige, oneindige uitkomsten kregen en fysisch waarneembare processen werden plots berekenbaar. Vervolgens bewees 't Hooft in 1971 mer deze methode dat iiktheoriedn, inclusief het Higgsmechanisme, renormaliseerbaarwaren. Het Standaardmodel voor de Elektrozwal
- jonuari2000 Noruur& Techniek, wetmschdpsmcgczine
Zemike 1888-1966 Groningen
Bloembergen Vander Meer 1920 1925 Harvard CERN
torium in Gendve, CERN, de in Steven Weinbergs model voorspelde nieuwe zwakke wisselwerking waargenomen. Een jaar later ontdekten natuurkundigen werkzaam aan de Stanford Linear Accelerator en in het Brookhaven National Laboratory de ontbrekende vierde quark, de charmquark. In dezelfde periode ontdekten natuurkundigen hoe ze de sterke kracht mer een ijktheorie konden 't beschrijven. Ook hier leverde Hooft een belangrijke bijdrage. De theorie moest bizarre eigenschappen hebben: wije quarks komen in de natuur niet voor, ze verkeren altijd in gebonden toestand, bijvoorbeeld in een proton. Ze zljn op't gesloten. Hooft en onafhankelijk Stanley Mandelstam stelden een scenario voor waarbinnen dit kon worden begrepen. Enlele jaren geleden toonden Nathan Seiberg en Edward Witten aan dat dit beeld ook klopt. Daarnaasthad de theorie voor de sterke wisselwerking de vervelende eigenschap dat de gebruikelilke benaderingstechnieken om fysische processen te berekenen niet werkten, precies omdat de sterke wisselwerking zo sterk is. 't Opnieuw gaf Hooft de aanzet tor een oplossing. Uit een van zijn berekeningen bliikr dat bii voldoend hoge energieEn de sterke kracht weer afneemt. Dit gaat onder de naam van 'asymptotische wijheid'. Als de energie maar hoog genoeg is, ziln de vertrouwde berekeningstechnieken weer toepasbaar.Metingen in onder andere het deeltjesversnellerlaboratorium DESYte Hamburg hebben de ijktheorieformulering van de sterke kracht met zeer hoge precisie getest. ln 1977 volgde de onrdekking van een vijfde quark, de bottomquark. Het Standaardmodel vereist dan het bestaanvan een zesde quark, de topquark, alsmede een zwaar elektron (het tau) en haar neutrino. Al deze deeltjes zijn inmiddels ontdekt. De topquark is pas in 1994 gevonden; hij is dan ook meer dan honderdzeventigmaal zwaarder dan een proton. Nog voor de ontdekking vaa de topquark kende men, da*zij het werk van 't Hooft en Veltman, al wij precies de waarde van zijn massa.Bii het berekenen van kwantummechanische conecties aan allerlei andere proces-
6e, 8 /,/rlJ.eN:u€^orqcseqIEEE t66! €quiacop u€Aererd Joop"tEuwt lplo/v\yrenbdol ep uea Ourl1epluoeg :i0o1eloqe1i(e;e1.teg 7qsr16ue76ro'ernpenpee;cqed ecuoJ/v\el1eqltq setlleepeilEluauielele^o alleu.llo]ulJeay\
'sueuileHJalslulul -strMrepuoespuel -rapgNap IooPue6 -ueqabutoallulluea llq $!pl olol ezePdO 'u!qzqs{ epueEs -ueeroo^ plel nu alp -e6eq el!!r ueluepnF -lel l. Ioo uooH u€q 'sqs^r.ld lecrleloaql rol alnllFul leLl ue unl -r1su|ezougdg laq uee uepuoqra^IeePs! ue lqca4n el epunllnnl -eu reerelbooq2251 spurssr (e9) uooH l, uooH L plerac
/33N3|Cs/c!lqnd/q3'uec',r,\ rf\ :s,eurbed-p633ep do 6nle1a[ purn'uelcedse le^o o]ul e;elueuuedxeep do lnrpeu 1eu ecrs,{peft1eep 'ecrsr{1se[11eeP -orelueureleep roop srer apueuuedsuee do lueeueeul do lep'(ge6e t tgeo6 NgSl : rezelep ezfir*e1ltlegeneq 'relleE ueg/sneqlourord)awddaqca ap ue^ uauats -^,lnog 'leoq loq ue^ lnane sl UooH l, '9661 laqouo ')!utlEL 8 JnaeN u! leels UooH l, leul Morrolul ue3 uoow-/lu'nn s,{qd'mau*'1;oo;1I, plelae ue^ eusqa/r\eo pl1q'6661-scrs,(qd7se1eetnel7es'pqou'^^1 'Ue/v\apuoolleq leq ue^ lqclzJa^opJeellsnl[eD : 6ueo,r1nuee geeb eeltuuoc leqoN leq UPAellsqe/v\oO
at.^ noe apua8lol eP ur sre{eoz iuareurf,spJ -rapuo aSuof tuo ueuelqord epueiaoq ePueoPlo^ rg 'errelsr(ru uee sloePuelor8 speets snp ue.,r,[11q 3ou lqlerlet:e?./!\z eP uPAJnnlf,nrls aqrstdocsoD -ru azercardop sI Jepre1 ctlJlral suo ]ueurred -xe teq erp epJEt.A ep oz ueqqoq tuorpe^. :ueBtr,t 'uo[e]s elsoleSdououerluaSauslP uelz oI un>1lrq -lse^ uoleoru ualueurrredxeleru eM olP sreleur -rred e[rr,r 1e1uer1ue3eu uee 1frleurtu UOOI{IePou -pft?puEts taH 'leru eu e3ue1hg ilpro,/lr rlePluo e[r1aeps33r6]aq ?rpoz uedo1e3;eIPPqre^suo sI 'r{!Frs -eq eblaapsS3IHlerl u?^ parqeBesseur alerluelod
elaq taq tpp Ueeq 4araqer8reua uea [rq ]PP P8roz -aB roo,rre uaSrpun>pnupu oP ueqqeq Dlleusre^ '3uqre/t\ uI '(f,11-I) ezep u?^ uadre^{uo 1aq lrg 'Fllausre^sahlaap ased rep{lof, uorpPH e3re1 ap -orng a.^ naru eP a^Qu39 uI S00z uI lPae4 sueS -lo^ra1 'ueTlerdo 3rpree qcol e[t1aaps3341taq uE^ ess?ruop roo,r suar3repuo oP az IEz'lPur,r leru a[t1aaps33lHrerl relleusrer\ ezeP sl? sJIeZ 'ua re.&rel rolf,elul a.l!\nelu uae leru 'o3ecrq3 [rqru qepurreg req uI refleusre^sehlaePelor8 uee 'uoo? el eP lul3aq 0002 q't661 roo^ {ftnb -dol ep rre^ erp uep Soopu? Srpelor sr auenus eq'a[t1eeps38lH ]aq ue^ ?ssPu eP roo,r suer3uar' -oq slE -Jopuo uoe la.aoz eA uauue{ mnerudg 'u[rz e] lsue.LrlepourpJpppuels teq erp uoon1 eP te11 u?E Iered epua{arqluo ep sr a[t1eeps33r11 'e(t1eaPs33r11 lal{ :ueTIeP -luo ueleour er\ rEP ehleaP uaa slqlels 3ou snp suo lser rf,'?lPP alaluarurradxe 3P lsru {PPrdSueS -31 ur sr l?P ue 'ueraf,llrPolu sellJsrroJ eIP srelu -urr noz 'sr rPPlv\zel leru ourrlnau larl UPIJP?./r\ 'ukz serleraua8 se[t1aep onpleue8 sprer^ uaf 'lueunradxe teq euP slqrels rnnl€u eP uI re ltP uEPsellleJlof eqlsluPllf,ewunlw^A{ w,r ualtq -e8ra.l,teq er,l rurnarudo'e,vr uela.{\ ue^oquerEEc uooll ap uee laled ao iuPIu -rle1 ue rJooH t, uP^ uetellnsar eP uP^ s?r'r EInB -rlse^eq elelueurrredxa e$leelslqf,er uae {rPnbdor 'ue33a1 ap ue,r Surplapluo eP ]?P ue88ez w1 af -do s.Bsseruelp uel uepft?.tt\ ap uee uezuar8 oz a[ un1'ue>1[qa3rertal rueunradxe ue alroeql rooo 'sraleruered epua{aquo wp u(rz sahlaaPel{ePluo -uo ezep rrE^ s,pssttu eq 'do ,se[tpaP elenF^, sIE frqretp uapert ezaq 'ueSuerq Suruarlar ur se[rleaP a]{ePluo laru 3ou eP {oo sraufiul uaru leoru'ues
'puel 'OlooJg m Auols) llq s! ueallEFlN -repeNu! [;q guoornue ue u9zlnquamnelN z (lqoa4D ue reled le4lreure pul l;q s1n1 iln 'roqrv uuv e1ue6lqc ep pJeuragpleeqloo^ -1yr| -!lq UooHl. lseeu 'peq 1o/$src4un ep ue -e6 ueluepnlsepue.rel (t86t lol 996t) lqce4n -llqcs allllel !lt{$aeq lrells.re^lunep uee eP -unlrnnleu Jee.rel6ooq Jeeu ug^OquereBp 'sncF^l eluelllrquee se ^ (89) ueullen ueullle^ (!u!I) unrByl '666t epunl -.rnnleNloo sllJdleqoN ep uooH L prelee ue ueurllenu!uP|luue6ul^ -luo requeeeP ol do 5551sftdpqop
