www.wikidata.uk-ua.nina.az

W і Z бозони елементарні частинки що переносять слабку взаємодію Їх відкриття 1983 року в ЦЕРНі вважають одним з найголо

W- і Z-бозони

W- і Z-бозони — елементарні частинки, що переносять слабку взаємодію. Їх відкриття 1983 року в ЦЕРНі вважають одним з найголовніших успіхів Стандартної моделі фізики елементарних частинок. W-частинку названо за першою літерою англійської назви слабкої взаємодії (Weak). Іноді напівжартома кажуть, що Z-частинка отримала таку назву, оскільки мала б стати останньою частинкою, яку взагалі потрібно відкрити. (Z — остання буква латинського алфавіту). Інше пояснення полягає в тому, що назва походить від того факту, що Z-бозон має нульовий (Zero) електричний заряд.

Основні властивості Редагувати

Існує два типи W-бозонів — з електричним зарядом +1 і −1 (в одиницях елементарного заряду); W+ є античастинкою для W−. Z-бозон (або Z0) електрично нейтральний і є античастинкою сам для себе. Всі три частинки дуже короткоживучі, із середнім часом життя близько 3 • 10−25 секунд.

Ці бозони — «важкоатлети» серед елементарних частинок. З масою в 80,4 та 91,2 ГеВ/c2, відповідно, W- і Z0-частинки майже в 100 разів масивніші за протона — і навіть масивніші за атоми заліза. Маса цих бозонів дуже важлива для розуміння слабкої взаємодії, оскільки обмежує радіус дії слабкої взаємодії. Електромагнітні сили, навпаки, мають нескінченний радіус дії, тому що їх бозон-переносник (фотон) не має маси.

Всі три бозони мають спін 1.

Розпад частинки з утворенням W+ або W−-бозона може або підвищити, або знизити електричний заряд частинки, що його випромінює, на 1 одиницю і змінити спін на 1 одиницю. В той же час W-бозон може змінювати покоління частинки, наприклад, перетворювати s-кварк в u-кварк. Z0-бозон не може змінювати ні електричний заряд, ні будь-який інший заряд (дивність, чарівність і т. д.) — лише спін та імпульс, отже він ніколи не змінює покоління чи аромат частинки, що випромінює його (див. слабкий нейтральний струм).

Слабка взаємодія Редагувати

W- і Z-бозони — це частинки-переносники, які переносять слабку взаємодію, як фотон є частинкою-переносником для електромагнітної взаємодії. Відомо, що W-бозон відіграє важливу роль у ядерному розпаді. Розглянемо для прикладу бета-розпад ізотопу кобальту Co60, важливий процес, що відбувається під час вибухів наднових:

В цій реакції бере участь не все ядро Co60, а лише один з 33 його нейтронів. Нейтрон перетворюється на протон, випромінюючи електрон (який називається тут бета-частинкою) і антинейтрино:

Знову ж таки, сам нейтрон не є елементарною частинкою, а є складною частинкою, що складається з u-кварка і двох d-кварків (udd). Отже, насправді в бета-розпаді бере участь один з d-кварків, який перетворюється на u-кварк, щоб сформувати протон (uud). Отже, на найфундаментальнішому рівні слабка взаємодія просто змінює аромат одного кварка:

за яким негайно відбувається розпад самого W−:

Всі квантові числа Z-бозона дорівнюють нулю, оскільки він є античастинкою сам для себе. Отже, обмін Z-бозоном між частинками, який називають взаємодією нейтральних струмів, не змінює частинки, котрі взаємодіють, за винятком передачі імпульсу. На відміну від бета-розпаду, спостереження взаємодій нейтральних струмів вимагають таких величезних грошових вкладень у прискорювачі елементарних частинок і детектори, що можливі лише в декількох лабораторіях фізики високих енергій у світі.

Передбачення W- і Z-бозонів Редагувати

Після вражаючих успіхів квантової електродинаміки в 1950-х робилися спроби побудувати схожу теорію для слабкої взаємодії. Це вдалося зробити 1968 року шляхом побудови загальної теорії електромагнетизму і слабких взаємодій Шелдоном Глешоу, Стівеном Вайнбергом і Абдусом Саламом, за яку вони разом отримали Нобелівську премію з фізики за 1979. Їх теорія електрослабкої взаємодії передбачила не лише W-бозон, необхідний для пояснення бета-розпаду, але також і новий Z-бозон, який до цього ніколи не спостерігався.

Той факт, що W- і Z-бозони мають масу, тоді як фотон маси не має, був основною перешкодою для розвитку теорії електрослабкої взаємодії. Ці частинки точно описуються калібрувальною симетрією SU(2), але бозони в калібрувальній теорії мають бути безмасовими. Так фотон є безмасовим бозоном, оскільки електромагнетизм описується калібрувальною симетрією U(1). Необхідний деякий механізм, який би порушував симетрію SU(2), в процесі надаючи масу W- і Z-бозонам. Одне пояснення, механізм Хігса, було запропоновано Пітером Хігсом наприкінці 1960-х. Воно передбачає існування ще однієї нової частинки — бозона Хігса.

Поєднання калібрувальної теорії SU(2) слабкої взаємодії, електромагнітної взаємодії і механізму Хігса відоме як модель Глешоу-Вайнберга-Салама. Зараз це один зі стовпів Стандартної моделі фізики елементарних частинок. На 2006 рік єдиний прогноз Стандартної моделі, який експериментально не підтверджено — це існування бозона Хігса.

Експериментальне відкриття W- і Z-бозонів Редагувати

Відкриття W- і Z-бозонів — одна з найуспішніших сторінок історії ЦЕРНу. Спочатку, 1973 року, здійснювалося спостереження взаємодій нейтральних струмів, передбачених теорією електрослабкої взаємодії. У величезній бульбашковій камері «Гаргамелла» було сфотографовано треки декількох електронів, які раптово починали рухатися, здавалося б, самі собою. Це явище було інтерпретовано як взаємодія нейтрино і електрона за допомогою обміну невидимим Z-бозоном. Нейтрино також дуже важко детектувати, так що єдиним спостережуваним ефектом є імпульс, отриманий електроном після взаємодії.

Відкриття самих W- і Z-бозонів довелося чекати, поки не стало можливим побудувати прискорювачі, достатньо могутні, щоб створити їх. Першою такою машиною став Протонний суперсинхротрон, на якому було отримано недвозначні докази існування W бозонів у серіях експериментів, здійснених під керівництвом Карло Руббіа і Симоном ван дер Мером. Працювало одночасно два детектори, UA1 (під керівництвом Рубіа) і UA2, що були спільною працею багатьох людей. Ван дер Меєр був керівником робіт на прискорювачі, розробивши метод стохастичного охолодження для роботи з антипротонами. UA1 і UA2 відкрили Z-бозон за декілька місяців набору даних, у травні 1983 року. Рубіа і Ван дер Меєра було майже одразу нагороджено Нобелівською премією з фізики за 1984 рік, що було доволі незвичайним кроком для консервативної Нобелівської фундації.

Див. також Редагувати

Примітки Редагувати

  1. . Архів оригіналу за 26 грудня 2018. Процитовано 29 грудня 2006. 
  2. . Архів оригіналу за 7 квітня 2011. Процитовано 29 грудня 2006. 

Посилання Редагувати

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
W i Z bozoni elementarni chastinki sho perenosyat slabku vzayemodiyu Yih vidkrittya 1983 roku v CERNi vvazhayut odnim z najgolovnishih uspihiv Standartnoyi modeli fiziki elementarnih chastinok W chastinku nazvano za pershoyu literoyu anglijskoyi nazvi slabkoyi vzayemodiyi Weak Inodi napivzhartoma kazhut sho Z chastinka otrimala taku nazvu oskilki mala b stati ostannoyu chastinkoyu yaku vzagali potribno vidkriti Z ostannya bukva latinskogo alfavitu Inshe poyasnennya polyagaye v tomu sho nazva pohodit vid togo faktu sho Z bozon maye nulovij Zero elektrichnij zaryad Zmist 1 Osnovni vlastivosti 2 Slabka vzayemodiya 3 Peredbachennya W i Z bozoniv 4 Eksperimentalne vidkrittya W i Z bozoniv 5 Div takozh 6 Primitki 7 PosilannyaOsnovni vlastivosti RedaguvatiIsnuye dva tipi W bozoniv z elektrichnim zaryadom 1 i 1 v odinicyah elementarnogo zaryadu W ye antichastinkoyu dlya W Z bozon abo Z0 elektrichno nejtralnij i ye antichastinkoyu sam dlya sebe Vsi tri chastinki duzhe korotkozhivuchi iz serednim chasom zhittya blizko 3 10 25 sekund Ci bozoni vazhkoatleti sered elementarnih chastinok Z masoyu v 80 4 ta 91 2 GeV c2 vidpovidno W i Z0 chastinki majzhe v 100 raziv masivnishi za protona i navit masivnishi za atomi zaliza Masa cih bozoniv duzhe vazhliva dlya rozuminnya slabkoyi vzayemodiyi oskilki obmezhuye radius diyi slabkoyi vzayemodiyi Elektromagnitni sili navpaki mayut neskinchennij radius diyi tomu sho yih bozon perenosnik foton ne maye masi Vsi tri bozoni mayut spin 1 Rozpad chastinki z utvorennyam W abo W bozona mozhe abo pidvishiti abo zniziti elektrichnij zaryad chastinki sho jogo viprominyuye na 1 odinicyu i zminiti spin na 1 odinicyu V toj zhe chas W bozon mozhe zminyuvati pokolinnya chastinki napriklad peretvoryuvati s kvark v u kvark Z0 bozon ne mozhe zminyuvati ni elektrichnij zaryad ni bud yakij inshij zaryad divnist charivnist i t d lishe spin ta impuls otzhe vin nikoli ne zminyuye pokolinnya chi aromat chastinki sho viprominyuye jogo div slabkij nejtralnij strum Slabka vzayemodiya RedaguvatiW i Z bozoni ce chastinki perenosniki yaki perenosyat slabku vzayemodiyu yak foton ye chastinkoyu perenosnikom dlya elektromagnitnoyi vzayemodiyi Vidomo sho W bozon vidigraye vazhlivu rol u yadernomu rozpadi Rozglyanemo dlya prikladu beta rozpad izotopu kobaltu Co60 vazhlivij proces sho vidbuvayetsya pid chas vibuhiv nadnovih 27 60 Co 28 60 Ni e n e displaystyle 27 60 hbox Co to 28 60 hbox Ni hbox e overline nu e nbsp V cij reakciyi bere uchast ne vse yadro Co60 a lishe odin z 33 jogo nejtroniv Nejtron peretvoryuyetsya na proton viprominyuyuchi elektron yakij nazivayetsya tut beta chastinkoyu i antinejtrino n p e n e displaystyle hbox n to hbox p hbox e overline nu e nbsp Znovu zh taki sam nejtron ne ye elementarnoyu chastinkoyu a ye skladnoyu chastinkoyu sho skladayetsya z u kvarka i dvoh d kvarkiv udd Otzhe naspravdi v beta rozpadi bere uchast odin z d kvarkiv yakij peretvoryuyetsya na u kvark shob sformuvati proton uud Otzhe na najfundamentalnishomu rivni slabka vzayemodiya prosto zminyuye aromat odnogo kvarka d u W displaystyle hbox d to hbox u hbox W nbsp za yakim negajno vidbuvayetsya rozpad samogo W W e n e displaystyle hbox W to hbox e overline nu e nbsp Vsi kvantovi chisla Z bozona dorivnyuyut nulyu oskilki vin ye antichastinkoyu sam dlya sebe Otzhe obmin Z bozonom mizh chastinkami yakij nazivayut vzayemodiyeyu nejtralnih strumiv ne zminyuye chastinki kotri vzayemodiyut za vinyatkom peredachi impulsu Na vidminu vid beta rozpadu sposterezhennya vzayemodij nejtralnih strumiv vimagayut takih velicheznih groshovih vkladen u priskoryuvachi elementarnih chastinok i detektori sho mozhlivi lishe v dekilkoh laboratoriyah fiziki visokih energij u sviti Peredbachennya W i Z bozoniv RedaguvatiPislya vrazhayuchih uspihiv kvantovoyi elektrodinamiki v 1950 h robilisya sprobi pobuduvati shozhu teoriyu dlya slabkoyi vzayemodiyi Ce vdalosya zrobiti 1968 roku shlyahom pobudovi zagalnoyi teoriyi elektromagnetizmu i slabkih vzayemodij Sheldonom Gleshou Stivenom Vajnbergom i Abdusom Salamom za yaku voni razom otrimali Nobelivsku premiyu z fiziki za 1979 1 Yih teoriya elektroslabkoyi vzayemodiyi peredbachila ne lishe W bozon neobhidnij dlya poyasnennya beta rozpadu ale takozh i novij Z bozon yakij do cogo nikoli ne sposterigavsya Toj fakt sho W i Z bozoni mayut masu todi yak foton masi ne maye buv osnovnoyu pereshkodoyu dlya rozvitku teoriyi elektroslabkoyi vzayemodiyi Ci chastinki tochno opisuyutsya kalibruvalnoyu simetriyeyu SU 2 ale bozoni v kalibruvalnij teoriyi mayut buti bezmasovimi Tak foton ye bezmasovim bozonom oskilki elektromagnetizm opisuyetsya kalibruvalnoyu simetriyeyu U 1 Neobhidnij deyakij mehanizm yakij bi porushuvav simetriyu SU 2 v procesi nadayuchi masu W i Z bozonam Odne poyasnennya mehanizm Higsa bulo zaproponovano Piterom Higsom naprikinci 1960 h Vono peredbachaye isnuvannya she odniyeyi novoyi chastinki bozona Higsa Poyednannya kalibruvalnoyi teoriyi SU 2 slabkoyi vzayemodiyi elektromagnitnoyi vzayemodiyi i mehanizmu Higsa vidome yak model Gleshou Vajnberga Salama Zaraz ce odin zi stovpiv Standartnoyi modeli fiziki elementarnih chastinok Na 2006 rik yedinij prognoz Standartnoyi modeli yakij eksperimentalno ne pidtverdzheno ce isnuvannya bozona Higsa Eksperimentalne vidkrittya W i Z bozoniv RedaguvatiVidkrittya W i Z bozoniv odna z najuspishnishih storinok istoriyi CERNu Spochatku 1973 roku zdijsnyuvalosya sposterezhennya vzayemodij nejtralnih strumiv peredbachenih teoriyeyu elektroslabkoyi vzayemodiyi U velicheznij bulbashkovij kameri Gargamella bulo sfotografovano treki dekilkoh elektroniv yaki raptovo pochinali ruhatisya zdavalosya b sami soboyu Ce yavishe bulo interpretovano yak vzayemodiya nejtrino i elektrona za dopomogoyu obminu nevidimim Z bozonom Nejtrino takozh duzhe vazhko detektuvati tak sho yedinim sposterezhuvanim efektom ye impuls otrimanij elektronom pislya vzayemodiyi Vidkrittya samih W i Z bozoniv dovelosya chekati poki ne stalo mozhlivim pobuduvati priskoryuvachi dostatno mogutni shob stvoriti yih Pershoyu takoyu mashinoyu stav Protonnij supersinhrotron na yakomu bulo otrimano nedvoznachni dokazi isnuvannya W bozoniv u seriyah eksperimentiv zdijsnenih pid kerivnictvom Karlo Rubbia i Simonom van der Merom Pracyuvalo odnochasno dva detektori UA1 pid kerivnictvom Rubia i UA2 sho buli spilnoyu praceyu bagatoh lyudej Van der Meyer buv kerivnikom robit na priskoryuvachi rozrobivshi metod stohastichnogo oholodzhennya dlya roboti z antiprotonami UA1 i UA2 vidkrili Z bozon za dekilka misyaciv naboru danih u travni 1983 roku Rubia i Van der Meyera bulo majzhe odrazu nagorodzheno Nobelivskoyu premiyeyu z fiziki za 1984 rik 2 sho bulo dovoli nezvichajnim krokom dlya konservativnoyi Nobelivskoyi fundaciyi Div takozh RedaguvatiStandartna model Kalibruvalnij bozon Mehanizm HiggsaPrimitki Redaguvati Laureati Nobelivskoyi premiyi Arhiv originalu za 26 grudnya 2018 Procitovano 29 grudnya 2006 Nobelivska premiya za 1984 Arhiv originalu za 7 kvitnya 2011 Procitovano 29 grudnya 2006 Posilannya RedaguvatiReview Particle Physics Arhivovano 7 veresnya 2017 u Wayback Machine Osnovne dzherelo informaciyi pro vlastivosti elementarnih chastinok angl Storinka pro W i Z bozoni CERNu angl W i Z chastinki na Hyperphysics Arhivovano 8 sichnya 2007 u Wayback Machine angl Z chastinka na Everything2 Arhivovano 25 lyutogo 2007 u Wayback Machine angl Otrimano z https uk wikipedia org w index php title W i Z bozoni amp oldid 39284552