International Physics Masterclasses

Introduktion af Z bosonen

Den neutrale Z boson og de elektrisk ladede W+ og W- bosoner er alle formidlere af den svage kraft, ligesom f.eks. fotonen er formidler af den elektromagnetiske kraft. W bosonerne er ansvarlige for radioaktivitet ved at forvandle en proton til en neutron eller omvendt. Du kan lære hvordan radioaktivitet fungerer på elementarpartiklernes niveau ved at følge dette link.

Z bosonens rolle er noget mere vanskelig at fange, men absolut ikke mindre vigtig!

Så hvad er Z bosonen til for? Vi ved at neutrinoer vekselvirker med hinanden,og uden Z bosonen ville det være umuligt! (Kender du ikke noget til neutrinoer? Følg dette link for at lære om Standard Modellens partikler). Da neutrinoer ikke har elektrisk ladning kan de ikke vekselvirke indbyrdes ved hjælp af en foton, som ellers ville være den eneste anden mulighed. Z bosonen er faktisk nært beslægtet med fotonen. Du ved sikkert at elektromagnetiske vekselvirkninger foregår ved udveksling af fotoner. Fordi fotoner ikke har nogen masse kan de rejse uendeligt langt væk og to elektriske ladninger kan mærke hinanden selv på meget store afstande.

Z bosonen, derimod, er meget tung og har en kort levetid og rejser derfor kun en meget kort afstand. Det er grunden til at, i modsætning til almindeligt lys (som består af fotoner), kan man ikke se "lyset" i form af Z bosoner. Selvom vi ikke lægger ret meget mærke til Z bosonen i vores hverdag, så er Z bosonen "dagligdags" under de ekstreme forhold i det tidlige Universet og i supernova eksplosioner.

Crab nebula

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

Krabbe tågen, efterladenskaberne af en stjerne, som eksploderede i år 1054. I så ekstreme forhold som en supernova eksplosion produceres Z bosoner som en almindelig partikel.

Z bosonen kan produceres ved høje energier, og det har du en chance for at overbevise dig selv om ved at følge Z stien! Du vil få erfaring med Z bosoner, som henfalder til par af ladede leptoner (elektron-antielektron og myon-antimyon). Z bosonen kan også henfalde til par af kvarker og, som du netop har lært, par af neutrinoer (neutrino-antineutrino). Du kan læse mere om Z bosonens neutrino-antineutrino henfald og dets betydning her.

Har du hørt om foreningen af de elektromagnetiske og de svage kræfter? Ved meget høje energier er fotonen og Z bosonen nært beslægtede. Hvis Z bosonen ikke havde den masse du bliver bedt om at måle, ville fotonen sandsynligvis ikke være masseløs og fri til at rejse så langt den vil ... og der ville ikke være lys!