W и Z бозони | група елементарни частици

Именуване

W-бозоните са наречени така заради слабата сила, за която са отговорни. Физиците смятат, че именно слабата сила е причина за разпадането на някои радиоактивни елементи под формата на бета разпад. В края на 70-те години учените успяват да съчетаят ранните версии на слабата сила с електромагнетизма и я наричат електрослаба сила.

 

Създаване на W и Z бозони

Известно е, че W и Z бозоните се създават само при бета-разпад, който е форма на радиоактивен разпад.

Бета разпад

Бета-разпадът настъпва, когато в един атом има много неутрони. Опростената схема подсказва, че неутронът съответства на един протон и един електрон. Когато в ядрото на един атом има твърде много неутрони, един неутрон се разделя и образува протон и електрон. Протонът остава на мястото си, а електронът се изстрелва извън атома. Получената бета радиация е вредна за хората.

Смята се, че слабата сила може да промени вкуса на кварка. Например, когато промени низходящ кварк в неутрон в възходящ кварк, зарядът на неутрона става +1, тъй като той ще има същото подреждане на кварките като протона. След това неутронът с три кварка и заряд +1 вече не е неутрон, тъй като отговаря на всички изисквания да бъде протон. Следователно бета-разпадът ще доведе до превръщането на неутрона в протон (заедно с някои други крайни продукти).

Разпад на W бозона

Когато един кварк промени вкуса си, както става при бета разпада, той освобождава W бозон. Средно W-бозоните издържат само 3х10^-25 секунди, преди да се разпаднат на други частици, поради което не ги бяхме открили допреди по-малко от половин век. Изненадващо е, че W-бозоните имат маса около 80 пъти по-голяма от тази на протона. Имайте предвид, че неутронът, от който произлиза, има почти същата маса като протона. В квантовия свят не е необичайно по-масивна частица да произлиза от по-малко масивна частица; допълнителната маса идва от натрупаната енергия чрез известната формула на Айнщайн: E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}}. . След като изминат 3х10^-25 секунди, W-бозонът се разпада на един електрон и едно неутрино. Тъй като неутриното рядко взаимодейства с материята, отсега нататък можем да го пренебрегнем. Електронът се изхвърля от атома с висока скорост. Протонът, който се е получил при бета разпада, остава в ядрото на атома и повишава атомния номер с единица.

Разпад на Z бозона

Z-бозоните също се предвиждат в Стандартния модел на физиката, който успешно предсказва съществуването на W-бозоните. Z бозоните се разпадат на фермион и неговата античастица, които са частици като електрони и кварки, които имат спин в единици от половината на редуцираната константа на Планкса.

 
Това е диаграма на бета разпада. "udd" и "n" означават неутрон, съставен от един възходящ кварк и два низходящи кварка. "udu" и "p" означават протон, съставен от два възходящи кварка и един низходящ кварк. W– се отнася за бозона W– , който се разпада на e– (електрон) и ve с черта над него (електронно антинеутрино). "t" означава време.