International Physics Masterclasses

Boson Z

Elektricky neutrální boson Z a elektricky nabité bosony W+ a W- jsou zprostředkující částice slabé síly, podobně jako například foton zprostředkuje elektromagnetickou sílu. Bosony W mohou za radioaktivitu beta, protože přeměňují neutrony na protony nebo naopak. Jak funguje radioaktiovita na úrovni elementárních částic se dovíte zde.

Role bosonu Z je poněkud méně přímočará, ale rozhodně ne méně důležitá.

K čemu je tedy boson Z dobrý? Víme, že neutrina interagují i mezi sebou navzájem, a to by bez bosonu Z nešlo! (Nevíte, co jsou to neutrina? O základních částicích standardního modelu se dovíte zde.) Neutrina nenesou elektrický náboj, takže nemohou sama se sebou interagovat prostřednictvím fotonů, což by byla jediná další možnost z hlediska zákona zachování elektrického náboje. Boson Z má ve skutečnosti k fotonu úzký vztah. Možná víte, že k elektromagnetickým interakcím dochází prostřednictvím fotonů. Foton má nulovou hmotnost, takže může urazit nekonečnou vzdálenost a dva elektrické náboje se navzájem "cítí" i na velkou dálku.

Boson Z je naproti tomu velmi těžký a má velice krátkou dobu života, takže urazí jen nepatrnou vzdálenost. Proto nikdy neuvidíte, na rozdíl od běžného světla složeného z fotonů, "světlo" z bosonů Z. Ačkoli se boson Z v běžném světě okolo nás příliš neprojevuje, v extrémních podmínkách raného vesmíru nebo při explozích supernov se z něj stává "všední" částice a hraje důležitou úlohu.

Crab nebula

Foto (c) NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU)
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1604.html

Krabí mlhovina, pozůstatek hvězdy, která vybuchla v roce 1054. V extrémních podmínkách jako při výbuchu supernovy se bosony Z produkují jako "úplně obyčejné" částice.

Boson Z vzniká také při vysokoenergetických srážkách a vy se o tom v naší úloze přesvědčíte. Setkáte se s rozpady bosonu Z na páry nabitých leptonů (elektron-antielektron nebo mion-antimion). Z se může rozpadat i na páry kvark-antikvark nebo, jak jste se před chvílí dověděli, na páry neutrino-antineutrino. Více o rozpadech bosonu Z na neutrina se dovíte zde.

Slyšeli jste o sjednocení elektromagnetické a slabé síly? Při dostatčně vysokých energiích jsou foton a boson Z velmi úzce propojeny. Kdyby boson Z neměl hmotnost, kterou budete mít za úkol změřit (tj. kdyby byl nehmotný), foton by podle všeho nebyl nehmotný a nemohl by doletět, kam se mu zachce... Nebylo by žádné světlo a vesmír by byl úplně jiný!