International Physics Masterclasses

Viac o Z bozóne

Častice, ktoré prenášajú slabé interakcie (hovorí sa im aj sprostredkovatele - nosiče interakcie), sú nabité W+, W- a neutrálne Z. Poďte sa pozrieť bližšie, ako sa môžu rozpadať Z bozóny ihneď po svojom vzniku.

Rozpad Z bozónov

Keďže Z bozón je elektricky neutrálny, súčet nábojov častíc, ktoré vznikli jeho rozpadom musí byť tiež nula. Je to preto, lebo v prírode sa náboj zachováva.

Z tohto dôvodu sa Z bozón musí rozpadať na pár častica-antičastica. Celková 100% pravdepodobnosť rozpadu Z bozónu sa rozdeľuje medzi jednotlivé skupiny častíc podľa príslušných zákonov zachovania.

  1. V 10% rozpadov Z bozónov sa produkujú páry nabitých častíc leptón-antileptón. Existujú tri nabité leptónové páry: elektrón-pozitrón, mión-antimión a tau-antitau. Vznik každého páru je približne rovnako pravdepodobný.

    • To nám dáva 3 možnosti rozpadu.
  2. V 20% prípadov sa Z bozón rozpadá na pár neutríno-antineutríno. Náš detektor nevie zachytiť neutrína, keďže neutrína takmer vôbec neinteragujú s hmotou (nemajú elektrický náboj). Preto sú neutrína pre nás neviditeľné a jediný spôsob, ako ich môžeme “vidieť” je, keď pri meraní zistíme, že nám chýba nejaká energia alebo priečna hybnosť po zrážke (keďže vieme, že aj hybnosť, aj energia sa musia v interakcii zachovávať).

    • Rozpady na neutrína dajú ďalšie 3 možnosti.
  3. V 70% prípadov rozpadu Z sú produkované páry kvark-antikvark. V detektore sa objavujú ako spŕška častíc, ktorá sa nazýva “jet”.
  4. Kvarky majú vlastnosť, ktorú nazývame “farba” a každý kvark môže niesť jednu z troch farieb.

    • Ak zrátame 6 typov kvarkov: horný (up), dolný (down), pôvabný (charm), podivný (strange), vrchný (top), spodný (bottom), z ktorých každý môže niesť jednu z troch farieb, tak to dáva spolu 18 možností rozpadu.

To spolu dáva 24 možností rozpadu, ale len 21 z nich je viditeľných. Našťastie sa zameriame len na dva z najľahšie detekovateľných spôsobov rozpadu, rozpad na elektrón–pozitrón alebo mión–antimión.

Fyzici používajú Feynmanove diagramy na zobrazenie rozpadu a následnej produkcie častíc. TU sa dozviete viac o Feynmanových diagramoch. Pozrite sa na Feynmanove diagramy rozpadu Z bozónu na elektrón–pozitrón a mión–antimión.

Meranie bozónu Z

Vlastnosti bozónu Z boli zmerané s mimoriadne veľkou presnosťou na predchádzajúcom urýchľovači v CERNe, ktorý sa volal LEP (Large Electron-Positron Collider. LEP bol aj prezývaný továreň na Z. Bozón Z je nevyhnutnou súčasťou krížovky, ktorej riešením je naša teória elementárnych častíc a ich interakcií. Bozóny Z a W sprostredkujú všetky procesy slabých interakcií. Aby teória dokázala popísať skutočnosť, musí predpovedať, ako sa má bozón Z (a bozóny W) správať. Jedným z významných výsledkov experimentov na LEP bolo presné meranie všetkých pozorovateľných spôsobov rozpadu Z (na nabité leptóny a hadróny, z čoho bola dedukovaná informácia o rozpade na neutríno a antineutríno). Tieto merania preukázali, že pri súčasných energiách urýchľovačov máme presne tri typy neutrín a teda aj tri generácie leptónov a kvarkov.

To je v súlade so všetkými súčasnými pozorovaniami a preto ide o veľmi hodnotný výsledok, ktorý dáva bozónu Z presne to miesto v teórii a v prírode, ktoré musí zastávať, aby náš svet vyzeral tak, ako ho pozorujeme.

Tadiaľto sa dostanete späť na úvodnú stránku alternatívy Z.