Ядерная физика Промежуточные бозоны Курс лекций для студентов

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^{^-}-бозонdu + W^{^-}на втором W^{^-}-бозон распадается, превращаясь в электрон и антинейтриноW^{^-} e^- + _e.    В стандартной модели, развитой в работах С. Вайнберга, А. Салама и Ш. Глэшоу, W^{^-}, W⁺, Z⁰-бозоны и
-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 (m^эксп() = (80.419 + 0.056) ГэВ, m^эксп(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 или -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 или -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 поколение	2 поколение	3 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. , Z - искали в реакциях столкновения протонов и антипротонов

+ p + X,	(1)
+ p Z + X.

Энергии встречных пучков 2*270 Гэв.
, Z - бозоны образуются в результате взаимодействия одного из кварков протона с антикварком антипротона

u + W⁺	u + Z	(2)
+ d W^-	d + Z	(2)

    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 бозоны нужно было обнаруживать на фоне -10^-8 посторонних частиц.
    Для надёжного выделения , Z бозонов на уровне такого высокого фона адронов было использовано то обстоятельство, что , Z бозоны могут распадаться с испусканием лептонов. Тогда событие (1) можно идентифицировать следующим образом. В точке взаимодействия p в направлении перпендикулярном пучку должны вылетать электроны, имеющие энергию > 15 Гэв.
    Восстановление полной кинематики событий позволило определить массу бозона
    Современные значения характеристик , Z бозонов приведены в таблице.

Тип частиц	Электри- ческий заряд	Масса, Гэв	Ширина, Гэв	Моды распада %
	+1(-1)	80.419 + 0.056	2.12 + 0.05	e⁺10,7 % 10,5 % 10,4 % адроны68,5 %
Z	0	91.1882 +0.00022	2.4952	e⁺e^- 3,4 % 3,4 % 3,4 % адроны70 % не видно20 %

Z - бозоны идентифицировались по их схемам распада.

e⁺e^-

    Полным ширинам , Z бозонов соответствуют времена жизни = /Г 3*10^-25 с.
    Величина характерного радиуса слабого взаимодействия R - переносимого , Z бозонами
    R = /(M_w*c) 2*10^-16 см.

Курс лекций по ядерной физике, физика атомного ядра и частиц

Промежуточные бозоны