International Physics Masterclasses

Przedstawiamy bozon Z

Neutralny elektrycznie bozon Z oraz naładowane elektrycznie bozony W+ i W- są nośnikami oddziaływań słabych, podobnie jak foton jest nośnikiem oddziaływania elektromagnetycznego. Bozony W są odpowiedzialne za radioaktywność - przemianę protonu w neutron i na odwrót. Na czym polega zjawisko radioaktywności można dowiedzieć się tutaj.

Rola bozonu Z jest bardziej skryta, ale wcale nie mniej istotna!

Jaka jest więc rola bozonu Z? Jak wiemy, neutrina oddziałują między sobą i bez bozonu Z byłoby to niemożliwe! (Nie znasz neutrin? Zobacz tutaj, by dowiedzieć się o cząstkach Modelu Standardowego). Ponieważ neutrina nie mają ładunku elektrycznego, nie mogą oddziaływać ze sobą za pośrednictwem fotonu, co byłoby jedyną inną dostępną opcją. Zresztą bozon Z jest ściśle związany z fotonem, który pośredniczy w oddziaływaniach elektromagnetycznych. Foton jest bezmasowy, może pokonywać nieskończenie długą drogę, więc ładunki elektryczne mogą oddziaływać na siebie na bardzo dużych odległościach.

Bozon Z ma natomiast bardzo dużą masę i krótki czas życia, pokonuje więc tylko bardzo krótkie dystanse. Z tego powodu, w przeciwieństwie do światła - składającego się z fotonów, nie występuje "światło" bozonów Z. Chociaż w życiu codziennym nie możemy zauważyć działania bozonów Z, w ekstremalnych warunkach, które występowały we wczesnym Wszechświecie lub w eksplozjach gwiazd supernowych bozony Z były cząstkami powszechnymi.

Crab nebula

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

Mgławica Krab, pozostałości gwiazdy, która wybuchła w 1054 r. W niezwykłych warunkach wybuchu supernowej bozony Z są produkowane jako "zwykłe" cząstki.

Bozon Z może być produkowany przy wysokich energiach, o czym będzie szansa przekonać się w ćwiczeniu Z! Poznamy jego rozpady na pary naładowanych leptonów (elektron-antyelektron, mion-antymion). Bozon Z może rozpadać się także na pary kwarków lub neutrin (neutrino-antyneutrino). Więcej o znaczeniu tego ostatniego rozpadu można dowiedzieć się tutaj.

Czy znana jest Wam idea unifikacji oddziaływań elektromagnetycznych i słabych? Przy odpowiednio wysokich energiach foton i bozon Z są ze sobą ściśle związane. Gdyby to bozon Z nie miał masy spoczynkowej (którą będziemy mierzyć), to fotony pewnie nie byłyby bezmasowe, nie mogłyby swobodnie rozchodzić się i ... nie byłoby światła!