240 exa-elektronvolt energie

[N-Vb]

Het was, mag je gerust zeggen, een extreem krachtige inslag die de aarde op 27 mei 2021 te verduren kreeg. Niet van een komeet of planetoïde, of zoiets destructiefs, maar van één onvoorstelbaar energierijk deeltje.

Dat deeltje knalde met een energie van 240 exa-elektronvolt op de aarde, zo schrijven fysici donderdag in een artikel in vakblad Science. Dat is grofweg veertig miljoen keer meer dan de energie waarmee protonen op elkaar botsen in de Large Hadron Collider van natuurkunde-instituut Cern, de krachtigste deeltjesversneller in de wereld.

“Het is een hoeveelheid energie die we als mensheid op geen enkele manier aan een deeltje mee zouden kunnen geven. Het is zo ontzettend veel dat het mijn voorstellingsvermogen eerlijk gezegd te boven gaat. En ik zit al achttien jaar in het vak”, zegt Charles Timmermans van de Radboud Universiteit, expert op het gebied van dit soort kosmische deeltjesinslagen.


Om de kansen op een meting wat op te schroeven, houden observatoria een enorm gebied in de gaten. In het geval van de Telescope Array in Utah in de Verenigde Staten is dat zo’n 700 vierkante kilometer.

Dat fysici zoveel moeite steken in het speuren naar dit soort deeltjesinslagen heeft drie redenen, zegt Timmermans. “Allereerst weten we sinds de jaren zestig dat dit soort deeltjes bestaan, maar snappen we niet hoe ze kunnen bestaan. Het is een raadsel en dat willen we nu eenmaal graag oplossen”, begint hij.

“Ten tweede: wanneer we ontdekken hoe de natuur iets voor elkaar krijgt dat we zelf nooit zouden kunnen, kan dat heel leerzaam zijn. En tot slot: we kunnen nu zien wat er in de atmosfeer gebeurt wanneer zo’n heel energiek deeltje daar op andere deeltjes botst. Dat is een experiment dat we in het lab niet kunnen doen, en door te kijken leren we meer over hoe de natuurkunde werkt.”

LEEGTE IN HET UNIVERSUM
En dan werpt het nieuw ontdekte deeltje de fysici ook nog een vers raadsel voor de voeten. Na analyse lijkt het namelijk afkomstig uit een gebied aan de hemel waar eigenlijk niet zo heel veel zit, een zogeheten leegte in de grootschalige structuur van het heelal. En dat terwijl men verwacht dat je juist iets nodig hebt als een zwart gat of een actief sterrenstelsel om zo’n deeltje de benodigde zet te geven.

“Echt heel opvallend en totaal onverwacht”, oordeelt Timmermans. Mogelijke verklaringen zijn er wel, schrijven de onderzoekers in hun vakartikel. Wellicht is het deeltje onderweg veel sterker afgebogen door een kosmisch magneetveld dan fysici tot nog toe mogelijk achtten.

Of, dat kan ook nog: misschien snappen ze gewoon wel te weinig van hoe de deeltjesfysica echt werkt. Timmermans: “Voor dit onderzoeksveld is dit daarom een heel belangrijke vondst.”

Heeft er misschien iemand een andere verklaring?

[Bovenbuur]

Voor context: 240 exa-elektronvolt is ongeveer 38 joule, iets minder dan wat je nodig hebt om 10mL water 1 graad (Celsius, of 1 Kelvin) op te warmen.

Dat is best pitting voor 1 deeltje. Volgens mij is dit de eerste keer dat ik zo'n omzetting doe en uitkom op een resultaat dat daadwerkelijk groot genoeg is om met de energie hoeveelheden in onze macro-wereld te vergelijken.

[maddox]

Quantum fysica, ik ga even een D100 SAN roll maken.

Oef, ik heb de krankzinnigheid vermeden door het te negeren.

[kelt]

Dat onze huidige stand van de natuurwetenschappen onvolledig is(onvolledig,NIET onjuist) is een gegeven.

Dat zien we al in het algemeen schema van de natuurkunde eenheden die gebruikt worden in de techniek....hoe bijvoorbeeld wat we de chemische eenheden noemen daar wat los bij hangen,schijnbaar niet direct verwant aan de eenheden uit de mechanica en electriciteit.....Er is iets onvolledig daar,en toch draait onze ganse maatschappij er al mee....van het kleinste chipke tot het grootste bouwwerk.

Dus dat ook buiten de Aarde,verder in ONS HEELAL nog niet alles begrepen wordt ,dat zal wel...

EEn stelling is dat uiteindelijk ALLES energie is.....

[Bovenbuur]

Oorspronkelijk geplaatst door kelt

EEn stelling is dat uiteindelijk ALLES energie is.....

De beroemde E=mc^2, de reden dat je bijvoorbeeld bij een kernreactie die energie produceert, zoals in een kernbom, een kerncentrale of de zon, ziet dat de totale massa van de aanwezige deeltjes na het vrijkomen van die energie lager is dan daarvoor. Hoeveel lager wordt omschreven door E=mc^2. De verdwenen massa is omgezet in een andere vorm van energie, bijvoorbeeld in elektriciteit (via ongelijk verdeelde warmte), in het veranderen van de vorm en structuur van alle gebouwen in een straal van enkele kilometers (via een schokgolf en hittegolf) of in zonlicht.

Andersom kan, maar is lastiger, omdat massa een "hoogwaardige" vorm van energie is, met een lage entropie. Entropie is bijvoorbeeld ook de reden dat je een koelkast nodig hebt om je eten koel te houden. Warmte is een vorm van energie, dus als je alleen met energie rekening houdt dan zou je verwachten dat een koelkast juist energie oplevert. Je moet simpelweg de warmte in de kamer opvangen en omzetten in een andere vorm van energie, zoals elektriciteit. Maar dat gaat niet omdat gelijk verspreidde warmte juist een hele hoge entropie heeft, restwarmte is "laagwaardige" energie waar je weinig mee kan. Ik plaats daarvan moet je juist energie in je koelkast stoppen om de entropie te verminderen: je gaat van een toestand met gelijk verspreidde warmte naar een toestand met een warmteverschil tussen de binnenkant en de buitenkant van de koelkast. Het maken van massa uit andere vormen van energie is vergelijkbaar met de werking van een koelkast, het gaat veel meer energie kosten dan je zou verwachten zonder entropie mee te rekenen. Niet gelijk verspreidde warmte is door die lagere entropie ook geschikt als energie die je in andere vormen kan omzetten. Zowel een stoommachine als een verbrandingsmotor draaien min of meer op ongelijk verspreidde warmte die wordt omgezet in beweging en veel meer verspreidde restwarmte.

In feite is dit de tweede hoofdwet van de thermodynamica: in een gesloten systeem waar geen energie binnenkomt zal de entropie altijd toenemen. Dit concept wordt nog weleens misbruikt door het verkeerd te gebruiken. Bij verkeerd gebruik suggereert het bestaan van entropie dat iets complex nooit uit iets minder complex kan ontstaan, en dus moet de wereld complexer begonnen zijn dan ze nu is, dus [jouw favoriete creatie mythe]. De wereld is echter geen gesloten systeem, met gebruik van de energie uit de zon kan je hier plaatselijk best wel een boel entropie overwinnen.

Entropie is ook wat dit gevonden deeltje bijzonder maakt. Die 240 exa-elektronvolt is niet bijster veel energie in het grote verhaal. Zoals ik zei: net niet genoeg om 100 mL water een graad te verwarmen. Maar dat al die energie in 1 deeltje zit suggereert dat het erin is gekomen door één heel energiek event. Willekeurige botsingen tussen deeltjes dragen continu energie over van het ene deeltje naar het andere, maar entropie zorgt ervoor dat het extreem onwaarschijnlijk is dat zoveel energie ooit in één deeltje beland. Hoe meer energie er per botsing of event wordt overgedragen, hoe waarschijnlijker het wordt dat veel energie in een deeltje terecht komt. Meer energie in, statistisch meer energie per deeltje uit. Je verwacht dus eerder dat zoiets ontstaan is bij een of andere supernova explosie met gamma ray burst resulterend in een zwart gat ofzo.

Ik weet niet zoveel van sterrenkunde, iets heftigs in ieder geval...

[dewanand]

Oorspronkelijk geplaatst door Bovenbuur

De beroemde E=mc^2, de reden dat je bijvoorbeeld bij een kernreactie die energie produceert, zoals in een kernbom, een kerncentrale of de zon, ziet dat de totale massa van de aanwezige deeltjes na het vrijkomen van die energie lager is dan daarvoor. Hoeveel lager wordt omschreven door E=mc^2. De verdwenen massa is omgezet in een andere vorm van energie, bijvoorbeeld in elektriciteit (via ongelijk verdeelde warmte), in het veranderen van de vorm en structuur van alle gebouwen in een straal van enkele kilometers (via een schokgolf en hittegolf) of in zonlicht.

Andersom kan, maar is lastiger, omdat massa een "hoogwaardige" vorm van energie is, met een lage entropie. Entropie is bijvoorbeeld ook de reden dat je een koelkast nodig hebt om je eten koel te houden. Warmte is een vorm van energie, dus als je alleen met energie rekening houdt dan zou je verwachten dat een koelkast juist energie oplevert. Je moet simpelweg de warmte in de kamer opvangen en omzetten in een andere vorm van energie, zoals elektriciteit. Maar dat gaat niet omdat gelijk verspreidde warmte juist een hele hoge entropie heeft, restwarmte is "laagwaardige" energie waar je weinig mee kan. Ik plaats daarvan moet je juist energie in je koelkast stoppen om de entropie te verminderen: je gaat van een toestand met gelijk verspreidde warmte naar een toestand met een warmteverschil tussen de binnenkant en de buitenkant van de koelkast. Het maken van massa uit andere vormen van energie is vergelijkbaar met de werking van een koelkast, het gaat veel meer energie kosten dan je zou verwachten zonder entropie mee te rekenen. Niet gelijk verspreidde warmte is door die lagere entropie ook geschikt als energie die je in andere vormen kan omzetten. Zowel een stoommachine als een verbrandingsmotor draaien min of meer op ongelijk verspreidde warmte die wordt omgezet in beweging en veel meer verspreidde restwarmte.

In feite is dit de tweede hoofdwet van de thermodynamica: in een gesloten systeem waar geen energie binnenkomt zal de entropie altijd toenemen. Dit concept wordt nog weleens misbruikt door het verkeerd te gebruiken. Bij verkeerd gebruik suggereert het bestaan van entropie dat iets complex nooit uit iets minder complex kan ontstaan, en dus moet de wereld complexer begonnen zijn dan ze nu is, dus [jouw favoriete creatie mythe]. De wereld is echter geen gesloten systeem, met gebruik van de energie uit de zon kan je hier plaatselijk best wel een boel entropie overwinnen.

Entropie is ook wat dit gevonden deeltje bijzonder maakt. Die 240 exa-elektronvolt is niet bijster veel energie in het grote verhaal. Zoals ik zei: net niet genoeg om 100 mL water een graad te verwarmen. Maar dat al die energie in 1 deeltje zit suggereert dat het erin is gekomen door één heel energiek event. Willekeurige botsingen tussen deeltjes dragen continu energie over van het ene deeltje naar het andere, maar entropie zorgt ervoor dat het extreem onwaarschijnlijk is dat zoveel energie ooit in één deeltje beland. Hoe meer energie er per botsing of event wordt overgedragen, hoe waarschijnlijker het wordt dat veel energie in een deeltje terecht komt. Meer energie in, statistisch meer energie per deeltje uit. Je verwacht dus eerder dat zoiets ontstaan is bij een of andere supernova explosie met gamma ray burst resulterend in een zwart gat ofzo.

Ik weet niet zoveel van sterrenkunde, iets heftigs in ieder geval...

miaauw miaauw namastiaauw gemanifesteerde Bovenbuur;10274684]De beroemde E=mc^2,

1) Ik moet echt meer studeren mbt kwantum fysica, maar ik geloof dat de wet van behoud van Impuls ook geldt als twee deeltjes op elkaar botsen? m*v Massa maal de snelheid. Zo werkt de energie overdracht bij een botsing of explosie, supernova, simpele wet van behoud van impuls van 10^20 deeltjes of meer.

2) Heel leerrijk wat jij hier vertelt: verband tussen energie, entropie en massa, de vraag is waar het Volume (m^3) vandaan komt en wat dat nou voorstelt. dm/dv, massa per volume eenheid per delta t tijdsmoment dus??

3) Lang geleden al deze fysica dingen zitten berekenen bij mijn Werktuigbouwkunde studie TUD Delft. Ik hou van fysica ok, oude boeken weer afstoffen, en eea opnieuw bestuderen, oa eerstejaars boek, van Timoshenko.