Bosones W i Z

Els bosones W i Z són les partícules mediadores de l'interacció nuclear dèbil, una de les quatre interaccions fonamentals de la naturalea. Són dos tipos de partícules fonamentals, molt massives, que s'encarreguen en general de canviar el sabor d'atres partícules, els leptones i els quarks.

Varen ser descobertes en el CERN, en 1983; encara que la seua existència i característiques generals havien segut predites molt abans. El bosón W rep eixe nom de la paraula anglesa weak, ‘dèbil’, per l'interacció dèbil a la que caracterisa. El bosón Z pot haver rebut eixe nom per ser l'últim dels tres en descobrir-se, o tal volta per tindre càrrega elèctrica zero (zero, en anglés). En espanyol també se solen conéixer com «bosones intermijos».

Propietats

Bosón Z

Existixen dos tipos de bosones W: un en càrrega elèctrica positiva igual a la càrrega elemental i l'atre en la mateixa càrrega pero negativa. Se simbolisen W⁺ i W⁻ i ^{cita requerida}. El bosón Z és eléctricamente neutre, ^{cita requerida}.

Els tres tipos de bosones són molt massius per a ser partícules elementals. Els bosones W tenen una massa de 80.4 GeV/c², i el bosón Z de 91.2 GeV/c². Són més massius que els núcleus de ferro, lo que explica perfectament que les distàncies a les que esta interacció actua siguen tan menudes, de l'orde de 10^-18 mPlantilla:Quina.

Els tres bosones tenen un spin d'1, i una vida mija molt curta de l'orde de 10^-25 segons.

Bosón W.

Els bosones W i Z en l'interacció dèbil

Quan un leptón o un quark sembla convertir-se en un més llauger (es desintegra o decau), es diu que canvien de sabor. Tots els processos de canvi de sabor es deuen a l'interacció dèbil, i en totes elles intervé un dels tres tipos de bosones intermijos.

Un dels processos més importants en els que intervenen els bosones W és la desintegració beta, en la que un neutró es 'convertix' en un protón:

$\text{n}\to \text{p}+{\text{e}}^{-}+{\bar{\nu }}_e$

Com podem observar, el neutró es convertix en un protó i emet ademés un electró i un electró-antineutrino. Pero el neutró no és una partícula elemental, està fet de 2 quarks avall i un quark dalt (i ademés de gluones), i es convertix en protó perque un dels quarks avall canvia el seu sabor a dalt.

$\text{d}\to \text{u}+{\text{e}}^{-}+{\bar{\nu }}_e$

Pero el quark avall no és el que emet l'electró i el neutrino. De fet, el quark avall solament es convertix en el quark dalt i en un bosón W negatiu (per a conservar la càrrega elèctrica del sistema). És el bosón W el que casi instantàneament despuix decau en els dos leptones.

$\text{d}\to \text{u}+{\text{W}}^{-},{\text{W}}^{-}\to {\text{e}}^{-}+{\bar{\nu }}_e$

En el cas de l'emissió de positrones, el bosón intermig implicat és el positiu; es tracta de la conversió d'un protó en neutró, positrón i electró-neutrino.

Veent els casos anteriors, el bosón Z deuria intervindre en els processos que no impliquen canvi en la càrrega elèctrica de la partícula afectada (pero sí canvi de sabor), pero no és el cas. Este bosón solament actua com partícula portadora de moment llineal: quan dos partícules s'intercanvien un bosón Z una li està passant moment a l'atra. Este intercanvi es diu interacció de corrent neutra, cap de les partícules afectades canvia de sabor i el seu estudi requerix l'us dels acceleradors de partícules més energètics del món.