.
Квантовая теория Масса ядра Атомные ядра момент ядра радиоактивность Альфа-распад Бета-распад Гипотеза нейтрино Гамма-излучение Дейтрон Резонансное возбуждение кварки и лептоны частицы и античастицы Космические лучи Распад протонов

Курс лекций по ядерной физике, физика атомного ядра и частиц

Промежуточные бозоны

    Электромагнитное взаимодействие и сильное взаимодействие можно описать с помощью обмена квантами соответствующих полей - фотонами (гамма-квантами) и глюонами. Фотоны и глюоны являются калибровочными бозонами электромагнитного и сильного полей.
    Слабое взаимодействие также обусловлено обменом тяжелыми заряженнми бозонами W+ и w- и нейтральным бозоном Z со спином 1. Распад нейтрона n--->p + e- + aneutrino.gif (62 bytes)e

Диаграмма распада d-кварка

на кварковом уровне выглядит как бы проходящим в два этапа. На первом этапе происходит превращение d-кварка в u-кварк и W --бозонd--->u + W -на втором W --бозон распадается, превращаясь в электрон и антинейтриноW ----> e- + aneutrino.gif (62 bytes)e.    В стандартной модели, развитой в работах С. Вайнберга, А. Салама и Ш. Глэшоу, W -, W+, Z0-бозоны и
гамма-квант являются квантами единого электрослабого поля. Стандартная модель, объединяющая электромагнитное и слабое взаимодействия, предсказывает связь между константами электромагнитного и слабого взаимодействий и соотношение между массами заряженных и нейтральных бозонов:, ,где - угол Вайнберга. Извлеченная из экспериментов величина .
    Полученные экспериментально значения масс бозонов (mэксп(wplmin.gif (91 bytes)) = (80.419 + 0.056) ГэВ, mэксп(Z) = (91.1882 + 0.0022) ГэВ) находились в очень хорошем согласии со стандартной теорией.(Между открытием нейтральных токов и наблюдением векторных бозонов прошло 10 лет.)
По аналогии с сильным взаимодействием члены одного семейства, порождаемые w- или w+-бозоном объединяются в слабые левоспиральные изоспиновые дублеты исо слабым изоспином T = 1/2, которым приписываются значения T3 = +1/2 (e,u) и T3 = -1/2 (e,d). У антифермионов проекции слабого изоспина имеют противоположные знаки.
Слабые взаимодействия с изменением заряда (заряженные токи) описываются состояниями и . Они происходят с испусканием или поглощением w- или w+-бозонов. Слабые процессы с участием Z-бозона были названы процессами с нейтральными слабыми токами.
    В стандартной модели лептоны и кварки группируются в левоспиральные дублеты - поколения.
1 поколение2 поколение3 поколение
Заряженные токи в лептонных процессах получаются при движении по столбцам. Переходов между поколениями лептонов до сих пор не наблюдалось, что зафиксировано в законе сохранения лептонных зарядов , и . Заряженные токи в процессах с кварками возможны не только при движении по столбцам, но и между поколениями, т.е. слабое взаимодействие смешивает кварки.     wplmin.gif (91 bytes), Z - искали в реакциях столкновения протонов и антипротонов

 antiprot  + p ------>W+- + X,

(1)

antiprot  + p ------> Z + X.

    Энергии встречных пучков 2*270 Гэв.
    wplmin.gif (91 bytes), Z - бозоны образуются в результате взаимодействия одного из кварков протона с антикварком антипротона
u + ------>W+u + ------> Z

(2)

 + d ------> W- d + ------>
    Полное сечение взаимодействия протонов с антипротонами при энергии сталкивающихся частиц 2*270 Гэв составляет почти 60 мбарн. В то время как сечение реакции (1) составляет 10-8 от полного сечения. То есть wplmin.gif (91 bytes)бозоны нужно было обнаруживать на фоне -10-8 посторонних частиц.
    Для надёжного выделения wplmin, Z бозонов на уровне такого высокого фона адронов было использовано то обстоятельство, что wplmin, Z бозоны могут распадаться с испусканием лептонов. Тогда событие (1) можно идентифицировать следующим образом. В точке взаимодействия  pantiprot  в  направлении   перпендикулярном пучку должны вылетать электроны, имеющие энергию  > 15 Гэв.
    Восстановление полной кинематики событий позволило определить массу wplmin бозона
    Современные значения характеристик wplmin, Z бозонов приведены в таблице.
Тип
частиц
Электри-
ческий
заряд
Масса,
Гэв
Ширина, ГэвМоды распада  %
wplmin+1(-1)80.419 + 0.0562.12 + 0.05

e+nu.gif (825 bytes)10,7 %
muplus.gif (64 bytes)nu.gif (825 bytes)10,5 %
tauplus.gif (71 bytes)nu.gif (825 bytes)10,4 %
адроны68,5 %

Z091.1882 +0.000222.4952

e+ e- 3,4 %  
muplus.gif (64 bytes)mumin.gif (69 bytes)3,4 %
tauplus.gif (71 bytes)taumin.gif (68 bytes)3,4 %
адроны70 %
не видно20 %

    Z - бозоны идентифицировались по их схемам распада.
------> e+ e-
------>muplus.gif (64 bytes)mumin.gif (69 bytes)
    Полным ширинам wplmin.gif (91 bytes), Z бозонов соответствуют времена жизни tau1.gif (59 bytes) = splank.gif (65 bytes)neaeq.gif (64 bytes)3*10-25 с.
    Величина характерного радиуса слабого взаимодействия  R - переносимого wplmin.gif (91 bytes), Z бозонами
    R = splank.gif (65 bytes)/(Mw*c) neaeq.gif (64 bytes)2*10-16 см.


На главную