A | B | C | D | E | F | G | H | CH | I | J | K | L | M | N | O | P | Q | R | S | T | U | V | W | X | Y | Z | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
A W- és Z-bozonok a gyenge kölcsönhatás közvetítőrészecskéi vagy mértékbozonjai. Az 1983-as CERN-beli felfedezését a részecskefizika standard modelljének nagy sikereként ünnepelték.
A W-bozont a gyenge (angolul weak) kölcsönhatásról nevezték el. A Z részecskét pedig – humorosan – azért nevezték el így, mert ez volt akkor az utolsó részecske, amelyet a standard modellből fel kellett fedezni. Más magyarázat szerint a zero elektromos töltésére utal.
Alaptulajdonságok
Kétféle W-bozon létezik +1 és ‒1 elemi töltésegységnyi töltéssel; a W+ az antirészecskéje a W‒-nak. A Z-bozon (vagy Z0) elektromosan semleges és a saját antirészecskéje. Mindhárom részecske nagyon rövid életű, felezési idejük nagyjából 3·10‒25 másodperc.
Ezek a bozonok az elemi részecskék között egészen nagy tömegűek. A 80,4 (W) illetve 91,2 GeV/c² (Z) tömeg nagyjából a cirkóniumatom tömegével egyezik meg. Nagy jelentősége van ezen a bozonok tömegének, mert ez korlátozza a gyenge kölcsönhatás hatótávolságát. Az elektromágneses erő a gyengével szemben végtelen hatótávolságú, mert a közvetítő részecskéje (a foton) nulla nyugalmi tömegű.
Mindhárom gyenge mértékbozon spinje egy, akár a többi kölcsönhatás mértékbozonjaié, ezért vektorbozonoknak is hívják őket.
A gyenge kölcsönhatás
A gyenge W- és Z-bozonok közvetítik a gyenge nukleáris erőket, ahhoz hasonlóan, ahogy a fotonok közvetítik az elektromágneseseket. A W-bozon szerepet játszik a radioaktív bomlásokban. Tekintsük például a kobalt-60 béta-bomlását, ami jelentős szerepet játszik a szupernovarobbanásokban:
Ez a folyamat nem érinti az egész kobaltmagot, csak a 33 neutronja közül az egyiket. A neutron protonná alakul, miközben kibocsát egy elektront (ebben a kontextusban béta-részecske) és egy antineutrínót:
A neutron nem egy elemi részecske, hanem összetett (egy u és két d kvarkból). Történetesen az egyik d-kvark az, amelyik részt vesz ebben a negatív béta-bomlásban, u kvarkká alakulva, ami a neutron másik két kvarkjával most már egy protont alkot. A legalsó szinten a gyenge erők megváltoztatják egy kvark ízét:
amit azonnal követ magának a W‒-nak a bomlása:
Miután a Z-bozon egyben saját antirészecskéje is, ezért minden belső töltésjellegű kvantumszáma nulla (például spinje azonban 1). Részecskék közötti Z-bozoncsere – a semleges áram – ezért a részecskéket magukat változatlanul hagyja, kivéve az impulzus cserét és a pálya-impulzusmomentumok megváltozását. A béta-bomlástól eltérően a semleges áram megfigyelése nagy részecskegyorsítók és részecskedetektorok megépítését igényli, úgyhogy ezek csak a világnak mindössze néhány nagyenergiájú fizikai laboratóriumában elérthetőek.
A W és Z előrejelzése
Ez a lap vagy szakasz tartalmában elavult, korszerűtlen, frissítésre szorul. Frissítsd időszerű tartalommal, munkád végeztével pedig távolítsd el ezt a sablont! |
A kvantum-elektrodinamika 1950-es évekbeli látványos sikerét követően kísérletet tettek arra, hogy a gyenge kölcsönhatást is mértékelméleti alapokra helyezzék. Ez 1968 környékén az elektromágnesség és a gyenge kölcsönhatás egyesített elméletébe torkollott, melyért Sheldon Glashow, Steven Weinberg és Abdus Salam 1979-ben fizikai Nobel-díjat kapott. Elméletük az elektrogyenge kölcsönhatás elmélete nem csak a béta-bomláshoz szükséges W-bozonokat, hanem egy elektromosan semleges bozont a Z-bozont is megjósolta.
Az a tény, hogy a W- és Z-bozonok tömeggel rendelkeznek, míg a foton tömeg nélküli komoly gátja volt az elektrogyenge elmélet kifejlesztésében. Ezek a részecskék egy úgynevezett SU(2) mértékelmélettel írhatóak le, de ezeknek a bozonoknak eszerint a mértékelmélet szerint tömeg nélkülieknek kellene lenniük. Valóban, a foton azért tömeg nélküli, mert az elektromágnesességet az U(1) mértékelmélet írja le. Valamilyen jelenségre volt szükség, mely az SU(2)-szimmetriát sérti, tömeget adva a W- és Z-bozonoknak. Egy magyarázattal, a Higgs-mechanizmussal, Peter Higgs szolgált az 1960-as években, amit Steven Weinberg alkalmazott a gyenge kölcsönhatás esetére. Ez egy újabb részecske létezését jósolta meg, az úgynevezett Higgs-bozonét.
A gyenge kölcsönhatás SU(2) mértékelméletének, az elektromágneses kölcsönhatásnak és a Higgs-mechanizmusnak a kombinációja a Glashow–Weinberg–Salam-modell. Jelenleg széles körben elfogadott a részecskefizika standard modelljének egyik pilléreként. 1983 től 2012-ig ez volt a standard modell egyetlen nem bizonyított része majd a Higgs bozont is megtalálták.
A W és Z felfedezése
A W- és Z-bozon felfedezése egy nagy CERN sikertörténet. Először 1973-ban sikerült megfigyelni semleges áram kölcsönhatást, ahogy az elektrogyenge kölcsönhatás elmélete előrejelezte. A nagy Gargamelle buborékkamra lefényképezett néhány elektronnyomot, amelyek hirtelen elkezdtek mozogni. Ezt úgy lehet magyarázni, hogy a neutrínó kölcsönhat az elektronnal láthatatlan Z-bozont cserélve vele. A neutrínó másképpen láthatatlan, csak az elektronnak átadott impulzus a megfigyelhető.
A W- és Z- részecskék felfedezéséhez meg kellett várni olyan nagy energiájú részecskegyorsító – egy szinkrotron – elkészítését, amely elegendő az előállításukhoz. Az első eszköz, amely erre képes volt, az szuper protonszinkrotron volt, melyben 1983 januárjában egyértelmű jeleket láttak a Carlo Rubbia és Simon van der Meer által vezetett kísérletsorozatokban. A tényleges kísérleteket UA1-nek (ezt vezette Rubbia) és UA2-nek nevezték, és sok ember együttműködésének eredménye. Van der Meer volt a nyaláb átmérőjének csökkentésére szolgáló sztochasztikus hűtésnek a kidolgozója. Az UA1 és UA2 néhány Z-nyomot is talált pár hónappal később, 1983 májusában. Rubbiát és van der Meert azonnal fizikai Nobel-díjjal jutalmazták 1984-ben, ez volt a leggyorsabb döntése a konzervatív Nobel-alapítványnak.
További információk
- The Review of Particle Physics. pdg.lbl.gov. Particle Data Group
- The discovery of 'heavy light'. cern-discoveries.web.cern.ch (Hozzáférés: 2008. január 25.) arch
- The discovery of the weak neutral currents. cerncourier.com
- Daniel Denegri: When CERN saw the end of the alphabet. cerncourier.com (2003. május 1.) (Hozzáférés: 2013. november 7.)
- Mindenki nyugodjon meg, nem omlott össze a részecskefizika standard modellje (Rockenbauer Antal, Qubit, 2022. június 10.)
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.
Analóg multiméterek túlterhelés elleni védelme
Egyenáram
Egyenáram mérése
Egyenirányítós lengőtekercses műszer
Elektromágnes (fizika)
Elektromos feszültség
Elektromos térerősség
Fáziseltolódás
Fázismutató
Fajlagos ellenállás
Feszültséggenerátor
Feszültségváltó
Forgó mágneses tér
Háromfázisú hálózat
Hőelektromosság
Hatásos ellenállás
A lap szövege Creative Commons Nevezd meg! – Így add tovább! 3.0 licenc alatt van; egyes esetekben más módon is felhasználható. Részletekért lásd a felhasználási feltételeket.