Een nieuwe kijk op het proton
Meer dan drie miljoen botsingen tussen elektronen en protonen onderzocht promovendus Paul van der Nat bij het FOM-Instituut voor Subatomaire fysica NIKHEF. In zijn proefschrift toont hij – voor het eerst – aan dat de spinbijdrage van quarks aan het proton bestudeerd kan worden door naar botsingen te kijken waarbij twee deeltjes (hadronen) worden geproduceerd. Van der Nat promoveert op 5 september 2007 op dit onderzoek aan de Vrije Universiteit te Amsterdam.
De spin van een deeltje valt het eenvoudigst te vergelijken met de draaiende beweging van een tol. Bij het HERMES-experiment aan de deeltjesversneller HERA in Hamburg onderzoeken fysici hoe de spin van protonen verklaard kan worden uit de eigenschappen van zijn bouwstenen: quarks en gluonen.
In zijn proefschrift onderzoekt Van der Nat een methode om de bijdrage van de spin van de quarks aan de totale spin van het proton te meten, onafhankelijk van de bijdrage van de spin van de gluonen. Hiervoor wordt een quark door een elektron van de deeltjesversneller uit het proton geschoten waarbij twee hadronen gevormd worden, waarvan de hoeveelheid beweging en bewegingsrichting nauwkeurig worden gemeten. Bij het onderzoek van Van der Nat wordt de spinrichting van de protonen met een magneet loodrecht georiënteerd ten opzichte van de bewegingsrichting van de elektronen. Tot nog toe werd voornamelijk gemeten aan botsingen met protonen waarvan de spinrichting evenwijdig aan de bewegingsrichting van de elektronen werd gericht. De metingen van Van der Nat leveren daardoor een soort dwarsdoorsnede van de spinstructuur van het proton op. Deze methode, die hij voor het eerst toepaste, blijkt succesvol. Het zorgt voor een nieuwe kijk op het proton.
Spin is een karakteristieke eigenschap van deeltjes, net zoals massa en elektrische lading. Spin is pas in 1925 ontdekt, door de Nederlandse fysici Goudsmit en Uhlenbeck. In 1987 ontdekten wetenschappers op CERN, Genève, dat slechts een kleine fractie van de spin van het proton veroorzaakt wordt door de spin van de quarks waaruit het proton is opgebouwd. Om de missende hoeveelheid spin te vinden is vervolgens het HERMES-experiment opgezet, waar vanaf 1995 onderzoek is gedaan. Het valt te verwachten dat spin een steeds belangrijkere rol zal spelen in tal van toepassingen. Een bekend voorbeeld van een toepassing waarbij spin (van protonen) een centrale rol speelt is de MRI-scanner.
Meer informatie bij Paul van der Nat.
Referentie:
Paul van der Nat, Transversity in two-hadron fragmentation, promotor prof.dr. G. van der Steenhoven, co-promotor dr. L. Lapikás, 5 september 2007, Vrije Universiteit Amsterdam.
Onder Bijlage(n) kunt u de samenvatting vinden van het proefschrift.