W i Z bozoni
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.
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 |
Bozon
uredi
Podrobniji članak o temi: BozoniBozon (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
urediW-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
urediZ-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.
Nositelji slabe nuklearne sile – W i Z bozoni
urediSlaba 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]
Izvori
uredi- ↑ 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.