International Physics Masterclasses

Περισσότερα για το μποζόνιο Ζ

Τα φορτισμένα W+, W- και το ουδέτερο Ζ είναι τα σωματίδια/φορείς της ασθενούς αλληλεπίδρασης. Ας δούμε λίγο καλύτερα πώς το σωματίδιο Ζ, όταν παραχθεί, διασπάται.

Οι διασπάσεις του μποζονίου Ζ

Μιας και το σωματίδιο Ζ είναι ηλεκτρικά ουδέτερο, το συνολικό φορτίο των σωματιδίων προς τα οποία διασπάται θα πρέπει να είναι μηδέν. Αυτό συμβαίνει γιατί στην φύση το ηλεκτρικό φορτίο διατηρείται.

Επομένως, το σωματίδιο Ζ θα πρέπει να διασπάται σε ζευγάρι σωματιδίου-αντισωματιδίου. Το σύνολο της πιθανότητας διάσπασης του Ζ κατανέμεται ανάμεσα στις διάφορες ομάδες σωματιδίων σύμφωνα με επιπλέον κανόνες διατήρησης ορισμένων μεγεθών.

  1. Με πιθανότητα 10%, το Ζ διασπάται σε ζευγάρι λεπτονίου-αντιλεπτονίου. Τα τρία φορτισμένα ζευγάρια λεπτονίων είναι τα ηλεκτρόνιο-ποζιτρόνιο, μιόνιο-αντιμιόνιο και ταυ-αντιταύ. Η πιθανότητα για κάθε ζευγάρι είναι η ίδια (σε πολύ καλή προσέγγιση).

    • Επομένως έχουμε τρεις πιθανότητες διάσπασης.
  2. Με πιθανότητα 20%, το Ζ διασπάται σε ζευγάρι νετρίνου-αντινετρίνου (υπάρχουν τρία είδη νετρίνων). Ο ανιχνευτής μας δεν έχει την ικανότητα ανίχνευσης νετρίνων μιας και το σωματίδιο αυτό σχεδόν δεν αλληλεπιδρά με την ύλη (έχει μηδενικό ηλεκτρικό φορτίο). Τα νετρίνα, επομένως, είναι αόρατα για μας και ο μόνος τρόπος να τα "δούμε" είναι να παρατηρήσουμε έλλειμμα ενέργειας ή (εγκάρσιας) ορμής στην σύγκρουση (μιας και η ενέργεια και η εγκάρσια ορμή διατηρούνται στην σύγκρουση).

    • Τα νετρίνα δίνουν άλλες τρεις πιθανότητες διάσπασης του Ζ
  3. Με πιθανότητα 70% το Ζ διασπάται σε ζευγάρι κουαρκ-αντικουάρκ. Αυτή η διάσπαση εμφανίζεται σαν ένας καταιγισμός σωματιδίων που, στον ανιχνευτή, τον ονομάζουμε "πίδακα" (jet).
  4. Τα κουάρκ έχουν μια ιδιότητα που ονομάζουμε "χρώμα", και κάθε κουάρκ εμφανίζεται σε 3 χρώματα.

    • Προσθέτοντας τα 6 είδη των κουάρκ (άνω, κάτω, χαριτωμένο, παράξενο, υψηλό και χαμηλό), το καθένα σε 3 χρώματα, συμπληρώνουμε άλλες 18 πιθανότητες διάσπασης του Ζ

Έτσι, συνολικά έχουμε 24 πιθανότητες διάσπασης, με μόνο τις 21 παρατηρήσιμες. "Ευτυχώς", εμείς θα επικεντρωθούμε στις δύο πιο εύκολα παρατηρήσιμες διασπάσεις, αυτές σε ηλεκτρόνιο-ποζιτρόνιο και μιόνιο-αντιμιόνιο.

Οι φυσικοί χρησιμοποιούν τα διαγράμματα Feynman για να περιγράφουν διαδικασίες παραγωγής και διάσπασης. Ακολούθησε αυτό το σύνδεσμο για να μάθεις περισσότερα για τα διαγράμματα Feynman. Παρατήρησε τα διαγράμματα της διάσπασης του Ζ σε ηλεκτρόνιο-ποζιτρόνιο και μιόνιο-αντιμιόνιο.

Μετρήσεις για το μποζόνιο Ζ

Το σωματίδιο Ζ έχει παρατηρηθεί και καταμετρηθεί με τεράστια ακρίβεια στον προηγούμενο επιταχυντή του CERN, τον Μεγάλο Επιταχυντή Ηλεκτρονίων-Ποζιτρονίων (Large Electron-Positron Collider, LEP). Ο LEP είχε μάλιστα το παρατσούκλι "βιομηχανία-Ζ". Το σωματίδιο Ζ είναι το αναγκαίο κομμάτι στο παζλ που περιγράφει τα στοιχειώδη σωματίδια και τις αλληλεπιδράσεις τους. Τα σωματίδια Ζ και W είναι υπεύθυνα για όλα τα φαινόμενα που περιγράφονται από την ασθενή αλληλεπίδραση. Η περιγραφή των φυσικών φαινομένων που διέπονται από την ασθενή αλληλεπίδραση καθορίζουν και τις ιδιότητες των σωματιδίων Ζ και W. Ένα από τα μεγάλα επιτεύγματα των πειραμάτων του LEP είναι οι ακριβείς μετρήσεις όλων των παρατηρήσιμων διασπάσεων του Ζ (δηλαδή σε φορτισμένα λεπτόνια και αδρόνια, μετρήσεις που χρησιμοποιήθηκαν για την άντληση πληροφοριών για τις διασπάσεις του Ζ σε νετρίνο-αντινετρίνο). Αυτές οι πληροφορίες έδειξαν ότι, στις τρέχουσες ενέργειες, υπάρχουν ακριβώς 3 είδη νετρίνων, και επομένως 3 γενιές λεπτονίων και κουάρκ.

Τα παραπάνω είναι σε συμφωνία με όλες τις τρέχουσες παρατηρήσεις και, επομένως, αποτελούν ένα σοβαρό αποτέλεσμα που τοποθετεί το σωματίδιο Ζ εκεί όπου ακριβώς χρειάζεται για να είναι η Φύση έτσι όπως την παρατηρούμε.

Επιστροφή στην αρχική σελίδα των Ζ-διαδρομών.