W- ja Z-bosonit | alkeishiukkasryhmä

Nimeäminen

W-bosonit on nimetty niiden vastuulla olevan heikon voiman mukaan. Heikko voima on se, jonka fyysikot uskovat olevan vastuussa joidenkin radioaktiivisten alkuaineiden hajoamisesta beetahajoamisen muodossa. 70-luvun lopulla tutkijat onnistuivat yhdistämään heikon voiman varhaiset versiot sähkömagnetismiin ja kutsuivat sitä sähköheikoksi voimaksi.

 

W- ja Z-bosonien syntyminen

W- ja Z-bosoneja tiedetään syntyvän vain beetahajoamisen yhteydessä, joka on eräs radioaktiivisen hajoamisen muoto.

Beetahajoaminen

Beetahajoaminen tapahtuu, kun atomissa on paljon neutroneita. Yksinkertaistettu kaavio osoittaa, että neutroni vastaa yhtä protonia ja yhtä elektronia. Kun atomin ytimessä on liikaa neutroneita, yksi neutroni jakautuu ja muodostaa protonin ja elektronin. Protoni pysyy paikallaan, ja elektroni laukaistaan ulos atomista. Syntyvä beetasäteily on ihmiselle haitallista.

Heikon voiman uskotaan pystyvän muuttamaan kvarkin makua. Kun se esimerkiksi muuttaa neutronin down-kvarkin up-kvarkiksi, neutronin varauksesta tulee +1, koska sillä olisi sama kvarkkien järjestys kuin protonilla. Kolmen kvarkin neutroni, jonka varaus on +1, ei tämän jälkeen ole enää neutroni, sillä se täyttää kaikki protonin vaatimukset. Näin ollen beetahajoaminen aiheuttaa neutronin muuttumisen protoniksi (joidenkin muiden lopputuotteiden ohella).

W-bosonin hajoaminen

Kun kvarkki vaihtaa makua, kuten beetahajoamisessa, se vapauttaa W-bosonin. W-bosonit kestävät keskimäärin vain 3x10^-25 sekuntia ennen kuin ne hajoavat itse toisiksi hiukkasiksi, minkä vuoksi niitä ei ollut löydetty ennen kuin alle puoli vuosisataa sitten. Yllättäen W-bosonien massa on noin 80 kertaa suurempi kuin protonin massa. Muista, että neutronilla, josta se on peräisin, on lähes sama paino kuin protonilla. Kvanttimaailmassa ei ole harvinaista, että massaltaan suurempi hiukkanen on peräisin massaltaan pienemmästä hiukkasesta; ylimääräinen massa tulee varastoituneesta energiasta Einsteinin kuuluisan kaavan E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} avulla. . Kun 3x10^-25 sekuntia on kulunut, W-bosoni hajoaa yhdeksi elektroniksi ja yhdeksi neutriinoksi. Koska neutriinot ovat harvoin vuorovaikutuksessa aineen kanssa, voimme jättää ne tästä eteenpäin huomiotta. Elektroni syöksyy ulos atomista suurella nopeudella. Beetahajoamisessa syntynyt protoni jää atomin ytimeen ja nostaa atomilukua yhdellä.

Z-bosonin hajoaminen

Z-bosoneja ennustetaan myös fysiikan standardimallissa, jossa onnistuttiin ennustamaan W-bosonien olemassaolo. Z-bosonit hajoavat fermioniksi ja sen antihiukkasiksi, jotka ovat hiukkasia, kuten elektroneja ja kvarkkeja, joiden spin on puolet pelkistetystä planktonivakiosta.

 
Tämä on kaavio beetahajoamisesta. "udd" ja "n" viittaavat neutroniin, joka koostuu yhdestä up-kvarkista ja kahdesta down-kvarkista. "udu" ja "p" viittaavat protoniin, joka koostuu kahdesta ylöspäin suuntautuvasta kvarkista ja yhdestä alaspäin suuntautuvasta kvarkista. W– viittaa W– -bosoniin, joka hajoaa e– (elektroni) ja ve , jonka päällä on viiva (elektronin antineutriino). "t" viittaa aikaan.