International Physics Masterclasses

Mere om Z bosonen

Partiklerne som udveksles i de svage vekselvirkninger er de tre budbringere W+, W- og den neutrale Z0. Lad os se lidt nærmere på hvordan Z bosonen kan henfalde efter at den er produceret.

Henfald af Z bosonen

Da Z bosonen er neutral skal summen af ladningerne af dens henfaldsprodukter være 0. Det skyldes, at i naturen er ladning bevaret.

Derfor må Z altid henfalde til et partikel-antipartikel par. Sandsynligheden på 100 % for et henfald kan deles op mellem grupper af partikler ud fra yderligere bevarelseslove.

  1. I 10% af Z henfaldene bliver der produceret par af en ladet lepton og dens antilepton. De tre mulige typer af ladede leptonpar er elektron-positron, myon-antimyon og tau-antitau. Hver type par er omtrent lige sandsynligt.

    • Det giver tre henfaldsmuligheder.
  2. 2. I 20% af tilfældene henfalder en Z til et neutrino-antineutrino par. Vores detektor er ikke i stand til at detektere neutrinoer, da de næsten ikke vekselvirker med noget (ingen elektrisk ladning). Neutrinoerne er derfor usynlige for os og den eneste måde vi kan "se" dem på er ved at måle at der mangler noget energi eller transversalimpuls efter sammenstødet (fordi vi ved at både energi og transversalimpuls skal være bevaret i stødprocessen).

    • Neutrinohenfaldene giver yderligere tre henfaldsmåder.
  3. I 70% af Z henfaldene produceres der et kvark-antikvark par. De viser sig som byger af partikler, kaldet "jets", i detektoren.
  4. Kvarker har en egenskab, som kaldes ”farve” og hver kvark findes i tre farver.

    • Hvis vi opsummerer de 6 slags kvarker (up, down, charm, strange, top, bottom), med hver tre farver får vi 18 henfaldsmuligheder.

Det giver i alt 24 henfaldsmåder, hvoraf dog kun 21 er synlige. ”Heldigvis” skal vi koncentrere os om kun to af de lettest genkendelige af dem, nemlig henfaldene til elektron-positron eller myon-antimyon par.

Fysikere bruger Feynman diagrammer til at visualisere produktion og henfald af partikler. Følg dette link for at lære om Feynman diagrammer. Kig på Feynman diagrammerne af elektron-positron og myon-antimyon henfaldene af Z.

Z boson målingen

Z bosonen er blevet målt med ekstrem præcision ved den tidligere partikelaccelerator på CERN, LEP (Large Electron-Positron Collider). LEP blev faktisk kaldt en Z-fabrik! Z bosonen er en nødvendig brik i det puslespil, som udgøres af vores teori om elementarpartiklerne og kræfterne imellem dem. Z og W bosonerne formidler alle fænomener som er styret af de svage vekselvirkninger. For at stemme med virkeligheden, dikterer teorien bag de svage vekselvirkninger hvordan Z bosonen (og W'erne) bør opføre sig. Et af de store resultater af LEP eksperimenterne var de præcise målinger af alle observerbare typer af Z henfald (til ladede leptoner og til hadroner, hvorfra man kunne uddrage information om Z henfald til neutrino-antineutrino). Denne information har vist, at ved de energier vi råder over i dag, er der netop tre typer af neutrinoer, og derfor også tre familier af leptoner og kvarker.

Dette er i overensstemmelse med alle kendte observationer, og er derfor et meget værdifuldt resultat. Det placerer Z bosonen i teorien og i naturen præcis hvor der er behov for den, for at vores verden kan se ud som den gør.

Her kommer du tilbage til startsiden om Z stien