Bosoni W şi Z

Bosonul W este o particulă elementară având o sarcină electrică de doar ± 1, o masă de 80,4110 GeV (aproximativ de 80 de ori masa protonului), și isospin slab. Există trei tipuri de bosoni W: încărcate pozitiv, negativ, (antiparticule unul faţă de celălalt), şi bosonul Z, care nu are sarcină. Descoperirea bosonului W a avut loc în 1983, în timpul unei serii de experimente bazate pe acceleratoare, efectuate de către Carlo Rubbia și Simon Van der Meer, care lucrează la laboratorul CERN. Pentru eforturile lor, ei au primit Premiul Nobel, un an mai târziu.

Bosonii W și Z mediază forța nucleară slabă. Bosonul W este cel mai bine cunoscut pentru medierea reacțiilor de dezintegrare nucleară (fisiune). De exemplu

n → p + e⁻ + ν_e

(neutronul se dezintegrează într-un proton, electron, şi un anti-neutrino). Această reacție este cunoscută sub numele de dezintegrare beta. Procesul invers are loc, de asemenea:

p + e⁻ → n + ν_e

(dintr-un proton + electron rezultă neutron + neutrino), și se numește captură de electroni. Din moment ce protonii nu sunt particule fundamentale (sunt formate din cuarci), quarcii sunt cei care interacționează. Primul exemplu devine atunci

d → W⁻ + u,

și apoi W⁻ se dezintegrează într-un electron și un neutrino de tip electron.

Este o enigmă cum de au masă bosonii W și Z. Ei sunt descrişi cu precizie de o zeorie Gauge SU(2)Xu(1), dar bosonii într-o teorie gauge trebuie să fie fără masă. Fotonul este, de asemenea, fără masă, deoarece fotonul și electromagnetismul sunt descrise de o teorie Gauge U(1). Unele mecanisme sunt necesare pentru a învinge simetria SU(2), dând masă bosonilor W și Z în acest proces. Cel mai popular este aşa-numitul mecanism Higgs, care necesită o particulă suplimentară, bosonul Higgs.

Combinarea dintre teoria gauge SU(2) care descrie bosonii W şi Z, interacțiunea electromagnetică, şi mecanismul Higgs, este cunoscută ca modelul Glashow-Weinberg-Salam. Glashow, Weinberg, și Salam au câştigat Premiul Nobel pentru Fizică în 1979, pentru acest lucru. În prezent acesta este adoptat ca parte a modelului standard al fizicii particulelor.