W i Z bozoni
W i Z bozoni
| |
Feynmanov dijagram za beta-minus raspad neutrona u proton, elektron i elektronski antineutrino, putem srednjeg teškog W- bozona.
| |
Kompozicija: | Elementarna čestica |
Čestična statistika: | Bozoni |
Međudjelovanje: | Slaba nuklearna sila |
Simbol(i): | W± i Z0 |
Teoretiziran: | S. L. Glashow, S. Weinberg i A. Salam |
Otkriven: | 1983. u CERN-u u Ženevi |
Masa: | W: 80,379 ± 0,012 GeV/c2 Z: 91,1876 ± 0,0021 GeV/c2[1][2] |
Električni naboj: | W: ±1 e; Z: 0 e |
Spin: | 1 |
Slabi izospin: | W: ±1 Z: 0 |
Slab hipernaboj: | 0 |
W i Z bozoni su elementarne čestice prijenosnici slabe nuklearne sile, odgovorne za raspade protona u neutrone i obrnuto. Za razliku od ostalih baždarnih bozona, mase mirovanja su mi različite od nule, a iznose 80,4 i 91,2 GeV/c2, što je gotovo 100 puta više od mase protona, zbog čega im je djelovanje ograničeno na atomsku jezgru.
Bozon (po S. N. Boseu) je subatomska čestica cjelobrojnoga spina koja se podvrgava Bose-Einsteinovoj statistici. Skupini bozona pripadaju fotoni, gluoni, W-bozoni, Z-bozoni, Higgsovi bozoni, gravitoni, mezoni i složenije čestice koje sadrže parni broj fermiona, na primjer atomske jezgre deuterija (²H) jer imaju spin 1 i atomske jezgre helija (4He) jer imaju spin 0. Elementarni bozoni su prenositelji temeljnih međudjelovanja (fundamentalnih interakcija).[3]
Prema standardnom modelu, s obzirom na vrijednost spina, sve elementarne čestice dijele se u dvije velike grupe: fermione i bozone. U fermione spadaju elementarne čestice koje izgrađuju svu poznatu materiju (tvar) u svemiru, dok u bozone spadaju elementarne čestice koje se nazivaju baždarni bozoni. To su bozoni koji nemaju unutarnju strukturu, u potpunosti su elementarni i definiraju se kao čestice prijenosnici 3 temeljne sile prirode (jaka nuklearna sila, slaba nuklearna sila i elektromagnetska sila), ne računajući gravitaciju.
Bozon | Oznaka | Antičestica | Električni naboj Q/e | Spin | Masa (MeV/c2) |
---|---|---|---|---|---|
foton | γ | sam sebi | 0 | 1 | 0 |
W-bozon | W- | W+ | -1 | 1 | 80,38 |
Z-bozon | Z | sam sebi | 0 | 1 | 91,19 |
gluon | g | sam sebi | 0 | 1 | 0 |
Higgsov bozon | H0 | sam sebi | 0 | 0 | 125,09 |
graviton | G | sam sebi | 0 | 2 | 0 |
W-bozon (oznaka W±) je subatomska čestica koja kao prijenosnik temeljne slabe nuklearne sile postoji u dva električki nabijena stanja, u negativnom stanju je čestica, a u pozitivnom stanju je antičestica. Sa Z-bozonom, gluonom i fotonom čini skupinu baždarnih bozona elektroslaboga i jakoga međudjelovanja (jaka nuklearna sila). W-bozoni otkriveni su 1983. u CERN-u u Ženevi, u skladu s predviđanjima modela S. L. Glashowa, S. Weinberga i A. Salama (Nobelova nagrada za fiziku 1979.). Njihova razmjerno velika masa, mW = 80,385 ± 0,015 GeV/c², objašnjava kratkodosežnost i izrazito malu jakost slabe sile pri uobičajenim niskoenergijskim procesima subatomskih čestica.
Z-bozon (oznaka Z0) je subatomska čestica koja je prijenosnik temeljne slabe sile, električki je neutralna i sama sebi antičestica. S W-bozonom, gluonom i fotonom čini baždarne bozone elektroslaboga i jakoga međudjelovanja. Z-bozoni otkriveni su 1983. u CERN-u u Ženevi, u skladu s predviđanjima modela S. L. Glashowa, S. Weinberga i A. Salama (Nobelova nagrada za fiziku 1979.). Njihova razmjerno velika masa, mZ = 91,1875 ± 0,0021 GeV/c², objašnjava kratkodosežnost i izrazito malu jakost slabe sile pri uobičajenim niskoenergijskim procesima subatomskih čestica.
Slaba nuklearna sila odgovorna je za raspade masivnih kvarkova i leptona u lakše kvarkove i leptone. Kada se elementarne čestice raspadaju, opažamo nestanak jedne čestice i nastanak dvije ili više različitih čestica. Nastale čestice pri tome imaju manju masu od originalne čestice. Budući da masa i energija moraju biti očuvane, višak energije originalne čestice pretvorio se u kinetičku energiju nastalih čestica (defekt mase).
Čestice nosioci slabe interakcije su W i Z bozoni, vrlo masivne čestice. W bozoni imaju električni naboj, dok je Z bozon čestica bez naboja. Nabijene W čestice su odgovorne za procese, kao što su beta-raspadi, u kojima čestica koja sudjeluje mijenja predznak. Na primjer, kada se neutron raspada na proton, on emitira W‾ česticu, tako da ukupan naboj ostane nula prije i poslije raspada. Pri tome se W‾ čestica odmah pretvara u elektron i antineutrino, čestice koje su opažene u laboratorijima kao produkti beta-raspada neutrona. Ovu jednostavnu reakciju, beta-raspada neutrona, možemo prikazati Feynmanovim dijagramom. U sličnim reakcijama koje ne uključuju promjene u naboju neće se izmjenjivati W bozoni, već Z bozoni.
Bilo bi korisno napomenuti da su prema standardnom modelu slaba i elektromagnetska sila ujedinjene u elektroslabo međudjelovanje. Fizičari su dugo vremena vjerovali da je slaba nuklearna sila tijesno povezana s elektromagnetskom. Otkrili su da je na vrlo malim udaljenostima slaba nuklearna sila po jakosti usporediva s elektromagnetskom, dok je na većim udaljenostima deset tisuća puta manja od elektromagnetske. Došli su do zaključka da su slaba nuklearna i elektromagnetska sila zapravo različite manifestacije jedne sile, elektroslabe sile.[4]
- ↑ M. Tanabashi i ostali (Particle Data Group) (2018.). "Review of Particle Physics", [1], Physical Review D. 98 (3): 030001, [2], preuzeto 25. ožujka 2020.
- ↑ M. Tanabashi i ostali (Particle Data Group) (2018.). "Review of Particle Physics", [3], Physical Review D. 98 (3): 030001, [4], preuzeto 25. ožujka 2020.
- ↑ bozon, [5] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, pristupljeno 20. ožujka 2020.
- ↑ Svetlana Veselinović: "Elementarne čestice", [6], završni rad, Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Osijek 2014., pristupljeno 27. siječnja 2020.
|