International Physics Masterclasses

Více o bosonu Z

Výměnné částice (či částice-nosiče) zprostředkující slabou interakci jsou nabité W+, W- a neutrální Z0. Soustřeďme se nyní na to, jak se částice Z vzniklá při srážce může rozpadat.

Rozpad bosonu Z

Boson Z je elektricky neutrální, takže součet nábojů jeho rozpadových produktů musí být nulový. Elektrický náboj se v přírodě zachovává.

Z se tedy musí rozpadat na pár částice-antičástice. Celková pravděpodobnost rozpadu Z (rovná 100%) je součtem pravděpodobností rozpadů na různé typy částic. Tyto dílčí pravděpodobnosti lze určit z teorie.

  1. V 10% případů se Z rozpadá na pár nabitý lepton-nabitý antilepton. Těchto párů existují tři typy - elektron-pozitron, mion-antimion a tau-antitau. Každý pár vzniká s přibližně stejnou pravděpodobností.

    • To dává celkem 3 možnosti rozpadu.
  2. Ve 20% případů se boson Z rozpadá na páry neutrino-antineutrino. Náš detektor není schopen je zaznamenat, protože téměř s ničím neinteragují (nemají elektrický náboj). Jsou tedy pro nás neviditelná a jediný způsob, jak je "vidět", je změřit, že po srážce chybí v celkové bilanci energie nebo příčná hybnost (protože víme, že energie i příčná hybnost by se při srážce měly zachovávat).

    • Rozpady na neutrina dávají další 3 možnosti.

  3. V 70% případů vzniká pár kvark-antikvark. Ty se v detektoru projeví jako spršky částic zvané "jety".
  4. Kvarky mají vlastnost zvanou “barva”, každý typ kvarku může být v jednom ze tří stavů barvy.

    • Kombinace 6 typů kvarků (up, down, půvabný (charm), podivný (strange), top a bottom) krát 3 barvy pro každý typ dává celkem 18 možností rozpadu.

To je dohromady 24 možností, jak se Z rozpadá, z toho jen 21 viditelných v detektorech. My se “naštěstí” budeme zabývat nejsnáze rozpoznatelnými rozpadovými mody, totiž rozpady na elektron a pozitron nebo mion a antimion.

K zobrazení produkce a rozpadu částic používají fyzikové Feynmanovy diagramy. Více o nich se můžete dovědět zde. Podívejte se na Feynmanovy diagramy rozpadů Z na elektron-pozitron a mion-antimion.

Měření vlastností bosonu Z

Vlastnosti bosonu Z byly změřeny s velikou přesností na předchozím velkém urychlovači částic v CERN nazývaném LEP (Large Electron-Positron Collider - Velký srážeč elektronů a pozitronů). Urychlovači LEP se dokonce přezdívalo "fabrika na Z". Boson Z představuje důležitou část skládačky, kterou tvoří naše teorie elementárních částic a jejich interakcí. Aby teorie slabých interakcí odpovídala realitě, musí do velké míry předepisovat, jaké má mít boson Z (i bosony W) vlastnosti. Jedním z velkých úspěchů experimentů na LEP bylo přesné změření všech pozorovatelných rozpadů Z (tj. na nabité leptony a na hadrony - z toho bylo možné odvodit informace o rozpadech Z na neutrina-antineutrina). Měření prokázalo, že při daných energiích existují právě 3 typy neutrin a tedy 3 rodiny leptonů a kvarků.

To je v souladu se výsledky všech současných pozorování a jde tedy o velice cenný výsledek, který svědčí o tom, že boson Z zaujímá v teorii i v přírodě právě takové místo, aby náš svět byl, jaký je.

Tudy se dostanete zpět na úvodní stránku Varianty Z.