Bosony W a Z jsou typem elementárních částic. Jsou to bosony s spinem rovno 1 (vektorové bosony). Poprvé byly přímo pozorovány v experimentech v roce 1983 a společně zprostředkovávají sílu známou jako "slabá síla". Slabá síla je „slabá“ v porovnání se silnou jadernou interakcí a elektromagnetismem především proto, že její nositelé mají velkou hmotnost, což omezuje její rozsah.

Základní vlastnosti

  • Spin: W a Z jsou vektorové částice se spinem 1.
  • Elektrický náboj: Existují dva nabité stavy W: W+ a W–, které jsou navzájem antiparicemi. Boson Z je elektricky neutrální a je svojí vlastní antičásticí.
  • Hmotnost: Jsou velmi těžké ve srovnání s jinými elementárními částicemi. Hmotnost W je přibližně 80,4 GeV/c² a hmotnost Z asi 91,2 GeV/c².
  • Krátký dosah: Díky velké hmotnosti mají interakce zprostředkované W a Z velmi krátký dosah řádově ~10⁻¹⁸ m.
  • Krátká doba života: Jejich životnost je extrémně krátká (řádově 10⁻²⁵ s), proto se pozorují přes jejich rozpadové produkty.

Role ve slabé interakci

  • Charged currents (nabité proudy): W bosony zprostředkovávají procesy, při nichž se mění elektrický náboj a často i typ (flavour) fermionů — typickým příkladem je beta rozpad, kde neutron přemění jeden z kvarků na jiný kvark a emitován je W–, který se následně rozpadne na elektron a antineutrino.
  • Neutral currents (neutrální proudy): Z boson zprostředkovává interakce, při nichž se náboj nemění — např. rozptyl neutrin na jiných částečkách bez změny jejich typu.
  • Porušení parity: Slabá interakce porušuje zrcadlovou symetrii (paritu) — W bosony interagují preferenčně s levotočitými fermiony, což má důsledky pro asymetrii mezi hmotou a antihmotou v některých procesech.

Teoretické začlenění a vznik hmotnosti

Bosony W a Z jsou součástí Elektroslabé teorie (modell Glashowa–Weinberga–Salama), která sjednocuje elektromagnetickou a slabou interakci. V rámci této teorie vzniká jejich velká hmotnost díky spontánnímu rozbití symetrie prostřednictvím Higgsova mechanismu — výsledek objevení Higgsova bosonu doplnil pochopení, proč nositelé slabé interakce nejsou bezhmotní, na rozdíl od fotonu.

Objevení a experimentální identifikace

W a Z byly přímo detekovány na urychlovači v CERNu v roce 1983 skupinami UA1 a UA2. Typické experimentální signatury jsou:

  • pro W: jeden nabitý lepton (např. elektron nebo mion) plus velká chybějící energie (neutrino),
  • pro Z: pár opačně nabitých leptonů (např. e⁺e⁻ nebo μ⁺μ⁻) s invariantní hmotností blízkou hmotnosti Z.

Objev těchto částic byl oceněn Nobelovou cenou (Carlo Rubbia a Simon van der Meer, 1984) a otevřel cestu k podrobnému testování standardního modelu.

Stručné shrnutí: Bosony W a Z jsou těžké vektorové nosiče slabé interakce; W zprostředkovávají nabité proudy měnící typy částic (např. v beta rozpadu), Z zprostředkovává neutrální proudy. Jejich hmotnost a vlastnosti jsou vysvětleny v rámci elektroslabé teorie díky Higgsovu mechanismu a jejich objev patří k milníkům moderní fyziky částic.