bozony W i Z

Naming

Nazwa bozonów W pochodzi od siły słabej, za którą są one odpowiedzialne. Fizycy uważają, że to właśnie słaba siła jest odpowiedzialna za rozpad niektórych pierwiastków radioaktywnych w postaci rozpadu beta. Pod koniec lat 70. naukowcom udało się połączyć wczesne wersje siły słabej z elektromagnetyzmem i nazwali to zjawisko siłą elektrosłabą.

Kreacja bozonów W i Z

Wiadomo, że bozony W i Z mogą powstawać tylko w wyniku rozpadu beta, który jest formą rozpadu promieniotwórczego.

Rozpad beta

Rozpad beta ma miejsce, gdy w atomie znajduje się dużo neutronów. Łatwym sposobem myślenia o neutronie jest to, że składa się on z jednego protonu i jednego elektronu. Gdy w jądrze atomu jest zbyt wiele neutronów, jeden neutron rozdzieli się i utworzy proton i elektron. Proton pozostanie tam, gdzie jest, a elektron zostanie wyrzucony z atomu z niewiarygodną prędkością. Dlatego właśnie promieniowanie beta jest szkodliwe dla człowieka.

Powyższy model nie jest do końca dokładny, gdyż zarówno protony jak i neutrony zbudowane są z trzech kwarków, które są cząstkami elementarnymi. Proton zbudowany jest z dwóch kwarków górnych (ładunek +2/3) i jednego kwarka dolnego (ładunek -1/3). Neutron zbudowany jest z jednego kwarka górnego i dwóch kwarków dolnych. W związku z tym proton ma ładunek +1, a neutron 0.

Uważa się, że siła słaba jest w stanie zmienić smak kwarka. Na przykład, kiedy zmienia ona kwark dolny w neutronie na kwark górny, ładunek neutronu staje się +1, ponieważ miałby on takie samo ułożenie kwarków jak proton. Trzykwarkowy neutron o ładunku +1 nie jest już wtedy neutronem, gdyż spełnia wszystkie warunki, aby być protonem. Dlatego rozpad beta spowoduje, że neutron stanie się protonem (wraz z kilkoma innymi produktami końcowymi).

Rozpad bozonu W

Kiedy kwark zmienia smak, jak to ma miejsce w rozpadzie beta, uwalnia bozon W. Przeciętnie bozony W trwają tylko 3x10-25 sekund, zanim rozpadną się na inne cząstki, dlatego odkryliśmy je dopiero niecałe pół wieku temu. Co zaskakujące, bozony W mają masę około 80 razy większą niż proton. Należy pamiętać, że neutron, z którego powstał, ma prawie taką samą masę jak proton. W świecie kwantowym nierzadko zdarza się, że bardziej masywna cząstka powstaje z mniej masywnej; dodatkowa masa pochodzi z energii zmagazynowanej w słynnym wzorze Einsteina, E = m c 2 {{displaystyle E=mc^{2}}}. . Po upływie 3x10-25 sekund bozon W rozpada się na jeden elektron i jedno neutrino. Ponieważ neutrina rzadko oddziałują z materią, możemy je od tej pory ignorować. Elektron zostaje wyrzucony z atomu z dużą prędkością. Proton, który powstał w wyniku rozpadu beta, pozostaje w jądrze atomu i podnosi liczbę atomową o jeden.

Rozpad bozonu Z

Bozony Z są również przewidywane w Modelu Standardowym fizyki, który z powodzeniem przewidział istnienie bozonów W. Bozony Z rozpadają się na fermion i jego antycząstkę, czyli cząstki takie jak elektrony i kwarki, które mają spin w jednostkach równych połowie zredukowanej stałej Plancka.

To jest diagram rozpadu beta. "udd" i "n" odnoszą się do neutronu, zbudowanego z jednego kwarka górnego i dwóch kwarków dolnych. "udu" i "p" odnoszą się do protonu, zbudowanego z dwóch kwarków górnych i jednego kwarka dolnego. W- odnosi się do bozonu W-, który rozpada się na e- (elektron) i ve z kreską nad nim (antyneutrino elektronowe). "t" odnosi się do czasu.