Z-Boson

Z0
Klassifikation
Elementarteilchen Boson Eichboson
Eigenschaften
elektrische Ladung	neutral
Masse	1,626 · 10−25kg
Ruheenergie	91,1880(20)GeV
Spin	1
mittlere Lebensdauer	2,6 · 10−25s
Zerfallsbreite	2,4955(23)GeV
Wechselwirkungen	schwach Gravitation

DasZ-Boson(Formelzeichen$Z^{0}$) ist einEichbosonund damit einElementarteilchen.Es vermittelt ebenso wie das mit ihm verwandteW-Bosondieschwache Wechselwirkung.Während das W-Bosonelektrisch geladenist, ist das Z-Boson neutral. Es ist sein eigenesAntiteilchen.

Ähnlich wie dasPhoton,aber anders als dieW-Bosonen,vermittelt das Z-Boson eine Wechselwirkung zwischenTeilchen,ohne dabei deren Art (genauer:Flavour) zu ändern. Während das Photon nur Kräfte zwischen elektrisch geladenen Teilchen vermittelt, wechselwirkt das Z-Boson auch mit den ungeladenenNeutrinos.

Entdeckungsgeschichte

Das Z-Boson ist verantwortlich für dieneutralen Ströme.Diese wurden im Rahmen der Vereinheitlichten Theorie derelektroschwachen Wechselwirkungin den 1960er Jahren vonSheldon Glashow,Abdus SalamundSteven Weinbergvorausgesagt (die 1979 für diese Theorie denNobelpreis für Physikerhielten) und kurz darauf mit demGargamelle-Experiment amCERNbei derelastischenNeutrino-Streuungan Elektronen beobachtet.

Der direkte Nachweis des Z-Bosons gelang erst 1983, als nach einem Umbau desSuper Proton Synchrotronszu einemProtonen-Antiprotonen-Collidereine ausreichendeSchwerpunktsenergiezur Verfügung stand. Zum Nachweis der W- und Z-Bosonen wurden dazu dieDetektorenUA1und UA2 errichtet.Carlo RubbiaundSimon van der Meererhielten dafür 1984 den Nobelpreis.

Beispielreaktion

Eine Reaktion, bei der das Z-Boson eine wichtige Rolle spielt, ist beispielsweise folgende Nachweisreaktion fürsolareNeutrinos, die nicht vom Neutrinotyp abhängt:

${}_{1}^{2}{\mbox{D}}+\nu \;{\overset {{\mbox{Z}}^{0}}{\longrightarrow }}\;{\mbox{n}}+{\mbox{p}}+\nu$

Das Z-Boson überträgt dabei so vielBewegungsenergiedes einfallenden Neutrinos$\nu$auf einenAtomkernvonDeuterium${}_{1}^{2}{\mbox{D}}$,dass dieBindungsenergiedes Kerns überwunden werden kann und er in ein Proton${\mbox{p}}$und ein Neutron${\mbox{n}}$zerfällt. Speziell diese Reaktion wird imSudbury Neutrino Observatoriumzum Nachweis solarer Neutrinos genutzt. Dabei befindet sich in einem großen Tankschweres Wasser,in dem viele Deuteriumkerne enthalten sind.

Andere Beispielreaktionen des Z-Bosons sind zu finden unterelektroschwache Wechselwirkung.

Zerfallskanäle

Das Z-Boson zerfälltmit ca. 70 % bevorzugt inHadronen,des Weiteren mit etwa 10 % in Paare geladenerLeptonen(zu gleichen Teilen in 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,dass diese nicht nachweisbaren Teilchen die leichten Neutrinos sind, erlaubt die genaue Messung der totalen und partiellenZerfallsbreitendes Z-Bosons auch die Bestimmung der Anzahl derGenerationender Neutrinos. Die Auswertung aktueller Experimente liefert hierbei einen Wert von 2,92 ± 0,05, der gut mit den drei bisher bekannten Neutrinogenerationen übereinstimmt.

Der PhysikerSteven Weinbergnannte die zusätzlichen TeilchenZ-Teilchen;Bosonist ein Sammelbegriff für Teilchen mit ganzzahligem Spin, benannt nach dem indischen PhysikerSatyendranath Bose.

Weblinks

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

• Was sind W&Z Bosonen?aus der Fernseh-SendereiheAlpha -Centauri(ca. 15 Minuten).Erstmals ausgestrahlt am 2. Aug. 2006.