Download Thesis in Pdf Format

2.1. Gell-mann, de Mendeleev van de twintigste eeuw 4
van de periodiciteit in hun chemische eigenschappen, stelt hij zijn wereldberoemde tabel op.
Daarin worden de atomen - de elementaire deeltjes van die tijd - gerangschikt volgens hun
atomaire massa. Mendeleev voorspelt met behulp van de periodieke tabel bovendien eigenschappen
van dan nog onontdekte atomen.
Een verklaring voor deze vreemde voorspelbaarheid van chemische stoffen werd pas later
gevonden, toen verbeterde experimentele technieken observatie op een kleinere schaal mogelijk
maakten. Zo bleek het atoom toch nog deelbaar te zijn in kleinere componenten. Met het
model van Rutherford, waarbij een atoom bestaat uit een positief geladen kern en negatief
geladen elektronen, en later de ontdekking van het proton en het neutron, was de tabel van
Mendeleev uiteindelijk op een eenvoudige wijze te verklaren: de stijgende atomaire massa is te
wijten aan een stijgend aantal protonen en neutronen in de kern, de periodiciteit hoofdzakelijk
aan de valentie-elektronen. Het aantal elementaire deeltjes werd dus gereduceerd tot drie: het
proton, het neutron en het elektron.
Al gauw echter staken nieuwe experimentele deeltjes de kop op, die niet samengesteld
bleken te zijn uit deze drie ’bouwstenen’. Het aanbod aan deeltjes bleek al snel weer zo groot
te worden, dat wetenschappers opnieuw met hun handen in het haar zaten en de tijd rijp was
voor een nieuwe Mendeleev. Om enkele voorbeelden te geven:
• van het genre ’elektron’ vond men o.a. het neutrino en het muon, leden van de groep
van de leptonen,
• proton en neutron worden opgeslorpt in de grote groep van de hadronen (men sprak
op een gegeven moment zelfs van de “hadronenzoo”). De hadronen kunnen op zich
weer worden gesplitst volgens gelijkaardige eigenschappen, en men bekomt aldus twee
groepen: de baryonen (waartoe onder andere het proton, het neutron en het ∆-baryon
behoren) en de mesonen (waartoe o.a. het pion en het kaon behoren). Onderscheid kan
gemaakt worden op basis van de spin: halftallig voor baryonen (het zijn dus fermionen)
en heeltallig voor mesonen (die dus bosonen zijn),
• bovendien zijn er, naast de materiedeeltjes, ook nog de niet-materiedeeltjes. Deze zijn
krachtdragers, de ijkbosonen. Een voorbeeld is het foton. Merk op dat er krachtdragers
bestaan die wel een massa hebben maar toch geen materiedeeltjes zijn, zoals de krachtdragers
van de zwakke wisselwerking.
Vooral de tweede categorie (de hadronen) was dermate uitgebreid dat men toe was aan een
nieuwe classificatie. De sleutel van het probleem vond men opnieuw bij de componenten van
de deeltjes. Er moet echter rekening mee gehouden worden dat dit idee halfweg de twintigste
eeuw een beetje als natuurkundige ketterij beschouwd werd. Experimenten leken immers uit
te wijzen dat de hadronen en leptonen puntdeeltjes waren. Een puntdeeltje is een deeltje dat
steeds puntvormig is, hoe dicht men ook probeert te kijken. Het heeft dus geen ruimtelijke
uitgebreidheid, en kan dus ook niet opgebouwd zijn uit ’kleinere’, meer elementaire deeltjes.
De eerste indicate dat het nucleon toch een ruimtelijke extensie heeft, kwam rond 1930, bij
de berekening van het magnetisch moment van het proton. Dit was ’anomaal’, dus niet de
verwachte waarde van een Diracdeeltje (een spin- 1 2
puntdeeltje). De straal van het proton
werd uiteindelijk gemeten rond 1950, maar dat betekende nog niet dat een nucleon kleinere
componenten had. Het grootste probleem was de voorspelling dat de hadroncomponenten
(die we vanaf nu quarks zullen noemen) een kleinere lading zouden hebben dan de elementaire