Keuzecollege Hoge EnergieFysica Katholieke Universiteit ... - EHEF

dat verschillend is voor de drie quarks. Om alle drie de quarks te onderscheiden heeft dit quantumgetal
ten minste drie verschillende waarden nodig.
Vraag 2c: In het statisch quark model is het onmogelijk mesonen te hebben met een lading van meer
dan één electron of positron lading. Waarom is dat zo ? Wat is voor baryonen de grootste mogelijke
electrische lading ?
Antwoord: De ladingen van quarks en anti-quarks zijn ± 2 ⁄ 3 en +− 1 ⁄ 3 van de positron (electron)
lading. Omdat een meson bestaat uit een anti-quark en een quark zijn alleen de de ladingscombinaties
± 2 ⁄ 3 – +− 1 ⁄ 3 = ± 2 ⁄ 3 + ± 1 ⁄ 3 = ± ( 2 ⁄ 3 + 1 ⁄ 3)
= ± 1 , ± 2 ⁄ 3 – ± 2 ⁄ 3 = ± ( 2 ⁄ 3 – 2 ⁄ 3)
= 0 en
± 1 ⁄ 3 – ± 1 ⁄ 3 = ± ( 1 ⁄ 3 – 1 ⁄ 3)
= 0 mogelijk.
Voor een baryon is de grootst mogelijke electrische lading (positief) als drie
gecombineerd. Het baryon is daar een voorbeeld van.
± 2 ⁄ 3
quarks worden
∆ ++ π + µ + ν µ
In de jaren zeventig en tachtig zijn een aantal diep inelastische verstrooiings experimenten gedaan
waarbij neutrinobundels op vaste blokken “doel”materiaal werden geschoten. Op CERN werden (en
worden) neutrinobundels gemaakt door 450 GeV protonen op een doel te schieten, waarbij in hadronische
interacties pionen worden gemaakt. In een vervalstunnel laat men de pionen vervallen in muonen
en neutrino’s. Door positieve of negatieve pionen te selecteren bij het ingaan van de vervalstunnel
kan een neutrino of anti-neutrino bundel worden gemaakt.
Vraag 2d: Hoe kan men alleen positieve pionen selecteren ?
Antwoord: Door een magnetisch of electrisch veld aan te leggen of een combinatie daarvan, waarin
positieve deeltjes een andere baan volgen dan negatieve deeltjes. De negatieve pionen worden dan
uit de bundel gebogen, terwijl de positieve pionen het bundelpad volgen.
Een pion vervalt in een muon en een muon-neutrino (verder niets).
Vraag 2e: Wat is de lading van het muon waarin een positief pion vervalt ? Wordt in positief pion
verval een muon-neutrino of een anti-muon-neutrino gemaakt ?
Antwoord: De lading van pion en muon zijn hetzelfde (want het neutrino is neutraal). Het positief
muon wordt door een anti-neutrino vergezeld en het negatief muon door een neutrino. → ,
π – → µ – ν µ .
Het focusseren van een neutrino kan worden gedaan door de pionen goed te focusseren voordat ze
vervallen. Dit wordt gedaan met een gemagnetiseerd blok materiaal, waarin het magneetveld een sterk
focuserende werking heeft, de zogenaamde “hoorn van Van de Meer”. (Simon van der Meer was een
versnellerfysicus op CERN die voor een van zijn andere uitvindingen (stochastische koeling van antiprotonen)
de Nobelprijs heeft gekregen.)
Doordat het pion een grote impuls heeft en het neutrino in het rustsysteem van het pion een kleine
impuls gaat het neutrino vrijwel in dezelfde richting als het oorsponkelijke pion.
Door neutrino’s diep inelastisch aan protonen en neutronen in atoomkernen te verstrooien kan informatie
worden verkregen over de verschillende quark verdelingen. Dit wordt gedaan door naar geladen
stroom gebeurtenissen te kijken, waarbij een W boson wordt uitgewisseld.
Vraag 2f: Leg uit dat als een inkomend neutrino verandert in een uitgaand muon alleen aan bepaalde
quarksoorten wordt verstrooid. Aan welke quarks kan verstrooiing plaatsvinden ?
Antwoord: Een muon-neutrino veranderd in een muon uitsluitend door aan een W boson te koppelen.
Als we het W boson zien als uitgaand van de neutrino-muon vertex dan veranderd het neutrino in een
negatief geladen muon en vertrekt een positief geladen W boson uit de vertex. Het positief geladen W
boson kan alleen inkomen in een vertex, waarin een negatief quark inkomt en waar een positief ge-
168 Collegedictaat Hoge Energiefysica