International Physics Masterclasses

Mer om Z-bosonet

Utbytte/kraftbærer partiklene som bærer den svake kraften er de ladde W+, W- og den nøytrale Z. La oss se litt nærmere på hvordan Z partikkelen kan henfalle, etter at den først har blitt produsert.

Henfall av Z bosonet

Siden Z er nøytral må summen av ladningene til henfallsproduktene være 0. Dette er fordi ladning er konservert i naturen.

Derfor må Z henfalle til et partikkel antipartikkel par. Den 100% sannsynligheten for at Z henfaller er delt mellom grupper av partikler i henhold til et sett med flere konserveringslover.

  1. I 10% av Z henfall vil ladde lepton-antilepton par bli produsert. De tre mulige ladde lepton par er elektron-positron, myon-antimyon og tau-antitau. Hvert par er omtrent like sannsynlig.

    • Dette gir 3 henfalls muligheter.
  2. Z bosonet henfaller i 20 % av tilfellene til et nøytrino-antinøytrino par. Vår detektor er ikke i stand til å detektere nøytrinoer siden de nesten ikke reagerer med noen ting (ingen elektrisk ladning). Nøytrinoer er derfor usynlige for oss og den eneste måten vi kan 'se' dem er når vi måler og finner at det mangler noe transvers energi eller massefart i kollisjonen (siden vi vet at både transvers massefart og energi er bevart i kollisjonen).

    • Nøytrino henfallene gir oss 3 muligheter til.
  3. I 70% av Z henfallene vil et kvark-antikvark par produseres. Disse viser seg som "partikkel-sprayer" kalt 'jets' i detektoren.
  4. Kvarker har en egenskap vi kaller “farge”, og hver kvark kommer i 3 farger.

    • Ved å summere opp de 6 kvark-typer (opp, ned, sjarm, strange, topp, bunn) hver med 3 farger blir resultatet 18 henfallsmuligheter.

Dette gir totalt 24 henfallsmuligheter, men bare 21 synlige. “Heldigvis” vil vi konsentrere oss om bare de to lettest detekterbare henfalls kanalene, henfallene til elektron-positron eller myon-antimyon.

Fysikere bruker Feynman diagrammer for å visualisere produksjon og henfall av partikler. Følg denne lenken for å lære om Feynman diagrammer. Studer Feynman diagrammene til elektron-positron og myon-antimyon henfallene av Z.

Z boson måling

Z bosonet er blitt målt med ekstrem nøyaktighet ved en tidligere akselerator ved CERN, LEP (Large Electron-Positron Collider). LEP var til og med kalt Z-fabrikken! Z bosonet er en nødvendig del av puslespillet som utgjør vår teori over elementærpartikler og deres vekselvirkninger. Z og W bosonene er ansvarlig for alle fenomener som er styrt av den svake vekselvirkningen. For å beskrive realitet må teorien bak den svake vekselvirkningen styre hvordan Z bosonet (og W partiklene) skal oppføre seg. En av de store bragdene for LEP eksperimentet var den presise målingen av alle observerbare Z henfall (til ladde leptoner og til hadroner, som er blitt brukt til å få informasjon om Z henfall til nøytrino-antinøytrino). Denne informasjonen har bevist at det, ved nåværende energier, er nøyaktig 3 typer nøytrinoer og derfor 3 familier av leptoner og kvarker.

Dette stemmer med alle nåværende observasjoner, og resultatet er derfor av stor verdi fordi det plasserer Z bosonet i teorien og i naturen akkurat hvor den trenger å være for at vår verden skal se ut som den gjør.

Her kommer du tilbake til startsiden for Z-sporet.