International Physics Masterclasses

Z bozonu hakkında detaylar

Zayıf etkileşimi ileten kuvvet taşıyıcı parçacıklar yüklü W+ bozonu, W- bozonu ve yüksüz Z bozonudur. Z bozonunun oluştuktan sonra nasıl bozunabileceğine biraz daha yakından bakalım.

Z Bozonunun Bozunması

Z bozonu yüksüz bir parçacık olduğu için bozunum ürünlerinin yük toplamı sıfır olmak zorundadır. Bunun nedeni doğada yükün korunuyor olmasıdır.

Bu sebeple Z bozonu, bir parçacık, karşıt parçacık çiftine bozunmak zorundadır. Z bozonunun %100'lük bozunma olasılığı ek korunum yasalarına göre değişik parçacık gruplarına ayrılmıştır.

  1. Z bozunmalarının %10'unda yüklü lepton karşıt lepton çiftleri oluşur. Olası üç yüklü lepton ve karşıt lepton çift tipleri elektron-pozitron, müon-karşıt müon ve tau-karşıt tau çiftleridir. Her bir çift yaklaşık olarak aynı olasılığa sahiptir.

    • Bu 3 bozunma olasılığı vermektedir.
  2. Olayların %20'sinde Z bozonu bir nötrino-karşıt nötrino çiftine bozunur. Dedektörümüzün nötrinoları gözlemleme kabiliyeti yoktur, çünkü nötrinolar neredeyse hiçbir şeyle etkileşmezler (yüksüzdürler). Bu sebeple nötrinolar bizim için görünmezdirler ve onları görmemizin tek yolu çarpışma sonrasında bir miktar kayıp enerji veya enine momentum ölçmemizdir (Enine momentum ve enerjinin çarpışmalarda korunması gerekir).

    • Nötrino bozunumları üç adet daha bozunma olasılığı verir.
  3. Z bozunmalarının %70'inde bir kuark-karşıt kuark çifti oluşur. Bunlar dedektörde jet olarak isimlendirilen parçacık duşları olarak gözlemlenir.
  4. Kuarkların "renk" diye isimlendirilen bir özelliği vardır ve her bir kuark üç renkten birini alabilir.

    • Her biri üç renge sahip olabilen 6 kuark tipini topladığımızda (yukarı, aşağı, tılsım, garip, üst ve alt) toplam 18 bozunma olasılığımız olur.

Bu toplamda 24 olasılık eder, fakat yalnızca 21'i görülebilirdir. İyi ki biz sadece en kolay gözlemlenebilir bozunma yollarının ikisi üzerine, elektron-pozitron ve müon-karşıt müon bozunmalarına, yoğunlaşacağız.

Fizikçiler parçacık oluşum ve bozunmalarını görselleştirmek için Feynman şemalarını kullanırlar. Feynman şemaları hakkında daha fazla bilgiye sahip olmak için bu bağlantıyı takip edebilirsiniz. Z bozonunun elektron-pozitron ve müon-karşıt müon bozunmalarının Feynman şemalarına göz gezdirebilirsiniz.

Z bozonu ölçümü

Z bozonunun özellikleri, CERN'deki daha önceden kullanılan parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı'nda oldukça hassas bir şekilde ölçülmüştü. Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı aslında Z-fabrikası olarak isimlendirilmişti! Z bozonu temel parçacıkları ve etkileşimlerini oluşturan yap-bozdaki önemli bir parçadır. Z ve W bozonları zayıf etkileşimin dahilindeki tüm olaylara aracı olur. Gerçekliği yeniden üretebilmek için zayıf kuvvet arkasındaki kuram, Z ve W bozonlarının nasıl davranması gerektiğini gösterir. Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı'nın büyük başarılarından bir tanesi Z bozonunun tüm gözlemlenebilir bozunmalarının (nötrino bozunmaları hakkında bilgi sağlayan yüklü lepton ve hadron bozunmaları) hassas ölçümlerinin yapılmasıydı. Bu bilgi şu anki enerji düzeyinde üç nötrino türünün ve bu sebeple de üç adet lepton ve kuark ailesinin olduğunu gösterdi.

Bu mevcut tüm gözlemlerle uyum içerisindedir ve bu sebeple de oldukça önemlidir. Evrenin mevcut şekilde olduğu halde görünebilmesi için Z bozonunu kuramda ve Doğa'da olması gerektiği yere koyar.

Buradan Z-yolunun açılış sayfasına geri gidebilirsiniz.