W a Z bosony

Pojmenování

Bosony W jsou pojmenovány podle slabé síly, za kterou jsou zodpovědné. Slabá síla je podle fyziků zodpovědná za rozpad některých radioaktivních prvků v podobě rozpadu beta. Koncem 70. let se vědcům podařilo spojit rané verze slabé síly s elektromagnetismem a nazvali je elektroslabá síla.

 

Vznik W a Z bosonů

O bosonech W a Z je známo, že vznikají pouze při rozpadu beta, což je forma radioaktivního rozpadu.

Rozpad beta

Beta rozpad nastává, když je v atomu hodně neutronů. Neutron si lze snadno představit tak, že se skládá z jednoho protonu a jednoho elektronu. Když je v jádře atomu příliš mnoho neutronů, jeden neutron se rozštěpí a vytvoří proton a elektron. Proton zůstane na svém místě a elektron se neuvěřitelnou rychlostí vymrští ven z atomu. Proto je záření beta pro člověka škodlivé.

Výše uvedený model není zcela přesný, protože jak protony, tak neutrony se skládají ze tří kvarků, což jsou elementární částice. Proton je tvořen dvěma kvarky nahoru (+2/3 náboje) a jedním kvarkem dolů (-1/3 náboje). Neutron se skládá z jednoho kvarku up a dvou kvarků down. Proto má proton náboj +1 a neutron náboj 0.

Předpokládá se, že slabá síla dokáže měnit příchuť kvarku. Například když změní kvark down v neutronu na kvark up, náboj neutronu se změní na +1, protože bude mít stejné uspořádání kvarků jako proton. Tříkvarkový neutron s nábojem +1 poté již není neutronem, protože splňuje všechny požadavky na to, aby byl protonem. Rozpad beta tedy způsobí, že se z neutronu stane proton (spolu s některými dalšími konečnými produkty).

Rozpad bosonu W

Když kvark změní příchuť, jako je tomu při rozpadu beta, uvolní boson W. Bosony W vydrží v průměru jen 3x10^-25 sekund, než se samy rozpadnou na jiné částice, což je důvod, proč jsme je objevili až před necelým půlstoletím. Je překvapivé, že hmotnost W bosonů je asi 80krát větší než hmotnost protonu. Nezapomeňte, že neutron, ze kterého vznikl, má téměř stejnou hmotnost jako proton. V kvantovém světě není neobvyklé, že hmotnější částice pochází z méně hmotné částice; dodatečná hmotnost pochází z nahromaděné energie podle slavného Einsteinova vzorce E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}}. . Po uplynutí 3x10^-25 sekund se boson W rozpadne na jeden elektron a jedno neutrino. Protože neutrina s hmotou interagují jen zřídka, můžeme je od této chvíle ignorovat. Elektron je velkou rychlostí vymrštěn z atomu. Proton, který vznikl rozpadem beta, zůstává v jádře atomu a zvyšuje atomové číslo o jedna.

Rozpad bosonu Z

Bosony Z jsou rovněž předpovězeny ve standardním modelu fyziky, který úspěšně předpověděl existenci bosonů W. Bosony Z se rozpadají na fermion a jeho antičástici, což jsou částice jako elektrony a kvarky, které mají spin v jednotkách poloviny redukované planksovy konstanty.

 
Toto je schéma rozpadu beta. "Udd" a "n" označují neutron, který se skládá z jednoho kvarku up a dvou kvarků down. "udu" a "p" označují proton, který se skládá ze dvou up kvarků a jednoho down kvarku. W– označuje boson W– , který se rozpadá na e– (elektron) a ve s čárou nad ním (elektronové antineutrino). "t" označuje čas.