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Mais sobre o Bosão Z

As partículas mediadoras da interacção fraca são os bosões carregados electricamente W+ e W- e o Bosão neutro Z. Vamos olhar mais de perto para como é que o Bosão Z decai depois de ter sido produzido.

Decaimento dos Bosões Z

Como o Bosão Z é electricamente neutro, a soma das cargas eléctricas dos seus produtos de decaimento tem de ser zero. Isto porque a carga eléctrica é conservada em todos os processos na Natureza.

Assim o Bosão Z tem de decair num par partícula-antipartícula. A probabilidade de 100% de decaimento do Bosão Z é dividida por várias possibilidades de pares partícula-antipartícula, de acordo com leis de conservação adicionais.

  1. Em 10% dos decaimentos do Bosão Z, são produzidos pares leptão-anti-leptão carregados. Os três pares possíveis são pares electrão-positrão, muão-anti-muão, e tau-anti-tau. Cada par é igualmente provável.

    • Isto contabiliza já 3 possibilidades de decaimento.
  2. Em 20% dos casos o Bosão Z decai num par neutrino-antineutrino. Os detectores em LHC não são capazes de detectar neutrinos (ou anti-neutrinos), porque estes mal interagem com o que quer que seja. Os neutrinos são assim invisíveis e a única forma que temos de os "ver" é através da energia e momento linear transversos que transportam e que não se recuperam, após a colisão (dado que se sabe que o momento linear deve ser conservado e, embora não se saiba a componente longitudinal, no eixo dos zz, do momento linear do sistema antes da colisão, sabe-se contudo que a componente transversal do momento linear do sistema é nula; assim, após a colisão também teremos de ter o momento linear transverso total igual a zero).

    • Com os decaimentos em neutrinos temos mais 3 possibilidades.
  3. Em 70% dos decaimentos do Bosão Z, é produzido um par quark-antiquark. Estes aparecem como chuveiros de partículas no detector, chamados "jactos" (de partículas).
  4. Os quarks (antiquarks) têm uma propriedade a que chamamos "côr" ("anticôr"), e cada quark (antiquark) pode ter uma de 3 côres (anticôres).

    • Somando os 5 tipos diferentes de quarks (up, down, charm, strange, bottom), para as quais o Bosão Z pode decair, cada tipo com uma de 3 côres possíveis, obtemos um total de 15 possibilidades diferentes (o Bosão Z não pode decair num par top-antitop, porque a somas das massas do top e do antitop é muito superior à massa do Bosão Z).

Temos um total de 21 possibilidades, mas apenas 18 visíveis. Mas afortunadamente iremos concentrarmo-nos apenas nos dois modos de decaimento mais fáceis: o decaimento em electrão-positrão e em muão-antimuão.

Os Físicos utilizam diagramas de Feynman para visualizarem a produção e decaimento de partículas. Siga esta ligação para aprender mais sobre diagramas de Feynman. Repare agora nos diagramas de Feynman dos decaimentos do Bosão Z em electrão-positrão e em muão-antimuão.

Medida do Bosão Z

As propriedades do Bosão Z foram medidas com enorme precisão pelas experiências instaladas no acelerador anterior do CERN, o LEP ('Large Electron-Positron collider', ou grande colisionador electrão-positrão). De facto LEP recebeu a alcunha de Fábrica de Z's! O Bosão Z é uma componente essencial no puzzle que constitui o nosso Modelo Padrão de partículas e interacções fundamentais. Os Bosões Z e W medeiam todos os processos associados às interacções fracas. De forma a reproduzir os resultados das experiências, a teoria por trás das interacções fracas determina como é que os Bosões Z e W se devem comportar. Um dos grandes objectivos alcançados pelas experiências LEP foi a medida muito precisa de todos os decaimentos observáveis do Bosão Z (em leptões carregados e em hadrões), que foram usados para extrair informação sobre os decaimentos do Z em neutrino-anti-neutrino. Esta informação provou que, às energias actuais, existem 3 e só 3 famílias de neutrinos e, portanto, 3 famílias de leptões e de quarks.

Isto está de acordo com todas as medidas mais recentes, e portanto é um resultado muito importante, colocando o Bosão Z na teoria e na Natureza exactamente onde tem que estar para o nosso mundo ser como é.

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