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Das Z-Boson – eine Einführung

Das elektrisch neutrale Z-Boson und die elektrisch geladenen W+- und W--Bosonen sind die Wechselwirkungsteilchen der schwachen Kraft, so wie das Photon das Wechselwirkungsteilchen der elektromagnetischen Kraft ist. Die W-Bosonen sind verantwortlich für den radioaktiven Zerfall, bei dem sich ein Proton in ein Neutron und auch umgekehrt ein Neutron in ein Proton umwandelt. Du kannst hier lernen, wie die Teilchenphysiker diesen radioaktiven Zerfall sehen.

Die Rolle des Z-Bosons ist viel schwieriger greifbar, obgleich nicht weniger bedeutungsvoll!

Wofür nun ist das Z-Boson gut? Wir wissen, dass Neutrinos untereinander wechselwirken. Ohne das Z-Boson wäre dies unmöglich. (Wenn Du nicht weißt, was Neutrinos sind, klicke hier, um mehr über die Bausteine des Standardmodells zu erfahren.) Da Neutrinos keine elektrische Ladung besitzen, können sie nicht durch ein Photon miteinander wechselwirken, was die einzige sonstige Möglichkeit wäre. Tatsächlich ist das Z-Boson mit der Photon nah verwandt. Du weißt vielleicht, dass elektromagnetische Wechselwirkungen durch den Austausch von Photonen ablaufen. Weil das Photon masselos ist, kann es unbegrenzte Entfernungen zurücklegen und zwei elektrische Ladungen können einander noch auf großer Distanz spüren.

Anders ist es beim Z-Boson, das sehr schwer ist und eine kurze Lebenszeit besitzt, wodurch es nur winzig kleine Entfernungen zurücklegen kann. Das ist auch der Grund, warum Du im Gegensatz zum gewöhnlichen Licht (hervorgerufen durch Photonen) kein "Licht" von den Z-Bosonen siehst. Obwohl wir vom Z-Boson nicht allzu viel mitbekommen, ist es doch ein Teilchen, das in unserem täglichen Leben eine Rolle spielt: In den unwirtlichen Bedingungen von Supernova-Explosionen sind die Z-Bosonen genauso zu finden wie sie einst in den extremen Bedingungen des frühen Universums auftraten.

Crab nebula

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

Der Krebsnebel bildet die Reste einer Sternenexplosion, die sich 1054 zugetragen hat. Unter solch extremen Bedingungen wie sie in Supernovaexplosionen vorherrschen, treten Z-Bosonen als alltägliche Teilchen auf.

Z-Bosonen können bei hohen Energien erzeugt werden und Du hast in diesem Z-Pfad die Möglichkeit, Dich davon zu überzeugen. Du wirst den Zerfall des Z-Bosons in ein Paar geladener Leptonen (Elektron-Positron und Myon-Antimyon) kennenlernen. Das Z kann natürlich auch in ein Quark-Antiquark-Paar oder wie bereits erwähnt in ein Neutrino-Antineutrino-Paar zerfallen. Über den Zerfall in ungeladene Leptonenpaare kannst Du Dich hier näher informieren.

Übrigens, hast Du schon von der Vereinigung von elektromagnetischer und schwacher Kraft zur elektroschwachen Kraft gehört? Bei genügend hohen Energien sind das Photon und das Z-Boson eng miteinander verbunden. Hätte das Z-Boson nicht die Masse, welche Du messen wirst, würde das Photon wahrscheinlich nicht masselos sein, könnte damit nicht unendlich weit reisen, wodurch es kein Licht gäbe.