Z-Boson

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Z0

Klassifikation
Elementarteilchen
Boson
Eichboson
Eigenschaften [1]
Ladung neutral
Masse ≈ 98 u
91187,6 ± 2,1 MeV/c2
Spin 1
Zerfallsbreite 2495,2 ± 2,3 MeV
Wechselwirkungen schwach
Gravitation

Das Z-Boson (Formelzeichen Z\!\,^0) ist ein Eichboson und damit ein Elementarteilchen. Es vermittelt ebenso wie das mit ihm verwandte W-Boson die schwache Wechselwirkung. Während das W-Boson elektrisch geladen ist, ist das Z-Boson neutral. Das Z-Boson ist sein eigenes Antiteilchen. Es ist verantwortlich für die so genannten neutralen Ströme. Diese wurden im Rahmen der Vereinheitlichten Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung in den 1960er Jahren von Sheldon Glashow, Abdus Salam und Steven Weinberg vorausgesagt (die 1979 für diese Theorie den Nobelpreis erhielten)[2] und kurz darauf mit dem Gargamelle-Experiment am CERN bei der elastischen Neutrino-Streuung an Elektronen beobachtet.[3] Der direkte Nachweis des Z-Bosons gelang erst im Jahr 1983, als nach einem Umbau des Super Proton Synchrotrons zu einem Protonen-Antiprotonen-Collider eine ausreichende Schwerpunktsenergie zur Verfügung stand.[4] Zum Nachweis der W- und Z-Bosonen wurden dazu die Detektoren UA1 und UA2 errichtet. Carlo Rubbia und Simon van der Meer erhielten dafür 1984 den Nobelpreis für Physik.[5]

Ähnlich wie das Photon und im Gegensatz zu den verwandten W-Bosonen vermittelt das Z-Boson eine Wechselwirkung zwischen Teilchen, ohne die Teilchenart (genauer: Flavour) dabei zu verändern. Während das Photon aber nur Kräfte zwischen elektrisch geladenen Teilchen vermittelt, wechselwirkt das Z-Boson auch mit den ungeladenen Neutrinos.

Eine wichtige Nachweisreaktion für solare Neutrinos ist die Spaltung von Deuterium:

{}^2_1\mbox{D} + \nu \; \overset{\mbox{Z}^0}{\longrightarrow} \; \mbox{n} + \mbox{p} + \nu

Dabei befindet sich in einem großen Wassertank schweres Wasser, in welchem kein normaler Wasserstoff, sondern Deuteriumkerne enthalten sind. Diese werden durch den Energieübertrag von solaren Neutrinos in Neutronen und Protonen gespalten, welche dann nachgewiesen werden können.

Beispielreaktionen des Z-Bosons sind auch unter elektroschwache Wechselwirkung zu finden.

Das Z-Boson zerfällt[6] mit ca. 70 % bevorzugt in Hadronen, des Weiteren mit etwa 10 % in Paare geladener Leptonen (e+e-, μ+μ- bzw. τ+τ-) und mit etwa 20 % in Teilchen, die in den Teilchendetektoren von Collider-Experimenten nicht detektiert werden können. Da davon ausgegangen wird[7], dass diese nicht nachweisbaren Teilchen die leichten Neutrinos sind, erlaubt die genaue Messung der totalen und partiellen Zerfallsbreiten des Z-Bosons auch die Bestimmung der Anzahl der Generationen der leichten Neutrinos. Die Auswertung von aktuellen Experimenten liefert hierbei einen Wert von 2,92 ± 0,05, der gut mit den drei bisher bekannten Neutrinogenerationen übereinstimmt.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus: K. Nakamura et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Journal of Physics G 37 (2010) 075021 (online).
  2. The Nobel Prize in Physics 1979. Nobel Foundation. Abgerufen am 5. Jan. 2010.
  3. Dieter Haidt, DESY: The discovery of the weak neutral currents (English) CERN Courier. 4. Okt. 2004. Abgerufen am 5. Jan. 2010.
  4. Pierre Darriulat: The W and Z particles: a personal recollection (English) CERN Courier. 4. Okt. 2004. Abgerufen am 5. Jan. 2010.
  5. The Nobel Prize in Physics 1984. Nobel Foundation. Abgerufen am 5. Jan. 2010.
  6. K. Nakamura et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 37, 075021 (2010), Particle Listing - Z-Boson (PDF; 411 kB)
  7. K. Nakamura et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 37, 075021 (2010), Review - Number of Light Neutrino Types from Collider Experiments (PDF; 41 kB)

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Z-Boson – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen