W-бозон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
W±, 0-бозон (W±, 0)
W boson.svg
Состав фундаментальная частица
Семья бозон
Группа калибровочный бозон
Участвует во взаимодействиях гравитационное[1],
слабое,
электромагнитное
Античастица W+ для W-
W0 сам себе
Кол-во типов 3
Масса 80,385±0,015 ГэВ/c2[2]
Время жизни ~3⋅10−25 с
Теоретически обоснована Глэшоу, Вайнберг, Салам (1968)
Обнаружена совместные эксперименты UA1 и UA2, 1983
Квантовые числа
Электрический заряд W±: ±1 e
W0: 0
Цветной заряд 0
Барионное число 0
Спин 1 ħ
Кол-во спиновых состояний 3
Слабый гиперзаряд 0

W-бозон — фундаментальная частица-переносчик слабого взаимодействия. Название происходит от первой буквы английского слова Weak (слабый). Его открытие в 1983 году в ЦЕРНе считается одним из самых главных успехов стандартной модели

Основные свойства[править | править код]

Мы можем наблюдать 2 основных типа W-бозона — с положительным и отрицательным электрическим зарядом. Однако теорией электрослабого взаимодействия предсказывается 3 W-бозона — с положительным электрическим зарядом, с отрицательным и нулевым, но невозможно наблюдать нейтральный бозон напрямую, потому что, смешиваясь с B-бозоном, он образует фотон и Z-бозон.

Масса W-бозона почти в 85 раз больше, чем масса протона, и примерно равна 80,4 ГэВ/c2. Масса бозона очень важна для понимания слабого взаимодействия, потому что большая масса ограничивает радиус воздействия.

Ввиду наличия у бозона электрического заряда он может изменять ароматы и поколения кварков, а также превращать лептоны в соответствующие антинейтрино и обратно. Именно это свойство делает возможными бета-распад нейтрона, распад мюона и тау, а также распад тяжёлых кварков.

На кварковом уровне:

Предсказание[править | править код]

После успехов КЭД в предсказании электромагнетизма начали предприниматься попытки построения похожей теории для слабого взаимодействия. Удалось получить теорию электрослабого взаимодействия, которая объясняла как слабое, так и электромагнитное взаимодействие. Теория была создана Стивеном Вайнбергом, Шелдоном Глэшоу и Абдусом Саламом, за которую все трое совместно получили Нобелевскую премию по физике 1979 года. Теория предсказывала не только W-бозоны, которые регулировали бета-распад, но ещё и неоткрытый на тот момент Z-бозон.

Единственной проблемой теории оставались массы бозонов — их поведение полностью описывалось группой , но в ней частицы обязаны быть безмассовыми. Это означало, что должен существовать некоторый механизм, нарушающий симметрию и придающий массу. Этот механизм известен как механизм Хиггса, а частица, которая его регулирует, называется бозон Хиггса.

Открытие[править | править код]

В 1973 году производились наблюдения взаимодействий между электроном и нейтрино, предсказанных теорией электрослабого взаимодействия. В огромной пузырьковой камере «Гаргамель», облучаемой пучком нейтрино от ускорителя, наблюдали треки электронов, которые внезапно начинали двигаться. Это явление было интерпретировано как взаимодействие нейтрино и электрона при помощи обмена невидимым Z-бозоном. Нейтрино также очень трудно детектировать, так что единственным наблюдаемым эффектом является импульс, полученный электроном после взаимодействия.

Наблюдать бозоны напрямую удалось только с появлением мощных ускорителей. Первым из таких стал Супер-протонный синхротрон (SPS) с детекторами UA1 и UA2, на котором в результате серии экспериментов, проведённых под руководством Карло Руббиа и Симона ван дер Мера, было доказано существование W-бозона. Частицы рождались в столкновениях встречных пучков протонов и антипротонов. Руббиа и Ван дер Мер были награждены Нобелевской премией по физике 1984 года всего через полтора года после открытия, что было необычным шагом со стороны обычно консервативного Нобелевского фонда.

Распад[править | править код]

У W-бозона есть 2 основных канала распада[2]:

  • Лептон и антинейтрино (электрон — 10,75 %, мюон — 10,57 %, тау — 11,25 %)
  • Адроны (67,6 %)

Масса[править | править код]

В 2022 году коллаборация физиков из Фермилаб после десяти лет исследований получила новые данные о массе W-бозона, которые существенно расходились со стандартной моделью. По их расчётам, масса W-бозона равна 80 433,5±9,4 МэВ в то время, как стандартная модель предсказывает массу всего лишь 80 357±6 МэВ. Эти значения отличаются друг от друга на семь стандартных отклонений. Подтверждение этих данных может говорить о существовании новой частицы или физики за пределами стандартной модели[3].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Удивительный мир внутри атомного ядра. Вопросы после лекции Архивировано 15 июля 2015 года., ФИАН, 11 сентября 2007 года
  2. 1 2 J.Beringer et al. (Particle Data Group), Phys. Rev. D86, 010001 (2012). Калибровочные бозоны, W-бозон. Доступно на pdglive.lbl.gov (недоступная ссылка) (англ.)
  3. Новые данные о массе W-бозона ставят под сомнение Стандартную модель

Ссылки[править | править код]