Bosoni W e Z
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Il bosone W è una particella elementare, dotata di carica elettrica pari a ±1, una massa di 80,411 GeV, circa 80 volte quella del protone, e un debole isospin dello stesso. Esistono tre versioni del bosone W: a carica positiva, a carica negativa (antiparticelle l'uno dell'altro), e il bosone Z, che non possiede carica. La scoperta del bosone W si ebbe nel 1983, durante una serie di esperimenti condotti da Carlo Rubbia e Simon van der Meer, presso i laboratori del CERN. Per i loro sforzi furono premiati con il Premio Nobel per la fisica, un anno dopo.
I bosoni W e Z mediano la forza nucleare debole. Il bosone W è meglio conosciuto come mediatore delle reazioni del decadimento nucleare (fissione). Ad esempio:
(un neutrone decade in protone + elettrone + antineutrino). Questa reazione è conosciuta come decadimento beta. Si verifica anche il processo inverso:
- p + e− → n + νe
(protone + elettrone danno neutrone + neutrino) ed è chiamato cattura di elettrone. Siccome i protoni non sono particelle fondamentali (sono composti da quark), sono i quark che interagiscono. Il primo esempio è quindi
- d → W− + u,
e si ha che W− decade in un elettrone e un neutrino elettronico.
Se i bosoni W e Z posseggano o no una massa è una specie di enigma. W e Z sono accuratamente descritti da una teoria di gauge SU(2)
U(1), ma in questo tipo di teoria i bosoni sono senza massa. Il fotone è anch'esso senza massa poiché il fotone e l'elettromagnetismo sono descritti da una teoria di gauge U(1). Alcuni meccanismi sono richiesti per spezzare la simmetria SU(2), attribuendo una massa a W e Z nel processo. Il più popolare è chiamato meccanismo di Higgs, e richiede una particella extra, il bosone di Higgs.
La combinazione della teoria di gauge SU(2) descrivente W e Z, dell'interazione elettromagnetica e del meccanismo di Higgs è nota come modello di Glashow-Weinberg-Salam. Glashow, Weinberg e Salam vinsero il premio Nobel per la fisica nel 1979 per questo lavoro. Al giorno d'oggi questo modello è largamente accettato, ed è stato adottato come parte del Modello Standard della fisica delle particelle. Attualmente, l'unico pezzo mancante di questo modello è il bosone di Higgs. Il gruppo internazionale di ricerca DELPHI studia le interazioni elettrone-positrone all'acceleratore LEP del CERN per trovare prove dell'esistenza del bosone di Higgs, e migliorare le stime della massa dei bosoni W e Z.
Un problema relativo ai bosoni W+ è che, secondo il modello di supersimmetria SU(5), ad energie di 1 Tev un bosone W+ ha probabilità maggiore di 1 di diffondere un altro bosone W+: il che è come dire che, comunque si spari, si farà centro sul bersaglio. Si spera che con l'osservazione del bosone di Higgs si possa rinormalizzare la previsione, portando al probabilità a valori minori di 1.
La stessa teoria prevede che il protone possa decadere, trasformandosi in un quark ed in un antiquark e un W+, più altre particelle.
Inoltre, dall'abbondanza relativa nella produzione di Z deriva che se il modello standard è corretto, esistono solo tre famiglie di particelle elementari:
- - elettrone, neutrino elettronico, quark su e quark giù
- - muone, neutrino muonico, quark strange e quark charm
- - tauone, neutrino tauonico, quark bottom e quark top
[modifica] Voci correlate
| Modifica | |
| Fermioni: Quark | Leptone | |
| Quark: Up | Down | Strange | Charm | Bottom | Top | Tetraquark | Pentaquark | |
| Leptoni: Elettrone | Muone | Tauone | Neutrini | |
| Bosoni di Gauge: Fotoni | Bosoni W e Z | Gluone | |
| Non ancora osservati: Bosone di Higgs | Gravitone | |
