İçeriğe geçmek için "Enter"a basın

W ve Z Bozonları

W ve Z bozonları, evrenimizdeki maddelerin davranışlarını kontrol eden dört temel kuvvetten biri olan zayıf etkileşimden sorumlu parçacıklardır.

W Bozonu: Gün Işığı ve Kozmik Toz

1983’te keşfedilen W bozonu temel parçacıklardan biridir. Z bozonuyla birlikte, evrenimizdeki maddelerin davranışlarını kontrol eden dört temel kuvvetten biri olan zayıf etkileşimden sorumludur. Maddenin parçacıkları bu bozonları değiştirerek etkileşirler.

Elektrik yüklü W bozonu parçacıkların yapısını değiştirir. Zayıf etkileşim aracılığıyla yıldızların yanmasını sağlayarak ve nükleer füzyonu tetikleyerek protonları nötronlara, nötronları da protonlara dönüştürebilir. Bu yakma daha ağır elementler yaratır ve yıldız öldüğünde bu elementler gezegenlerin, hatta insanların yapıtaşları olarak evrene saçılır.

1960’larda temel fiziği daha tutarlı hale getirmek için zayıf etkileşim birleşik elektrozayıf kuvveti kuramında elektromanyetik kuvvetle birleştirildi. Bilim insanlarının kuramsal W bozonunun ağır olmak zorunda olduğunu biliyor olmasına rağmen, kuram yük taşıyan parçacıkların kütlesiz olduğunu söylüyordu. Kuramcılar W’nun kütlesini başka bir görünmez mekanizma ekleyerek çözdüler. Buna Higgs bozonunun varlığını da gerektiren Higgs mekanizması deniyor.

CERN’de 2012 Temmuz’da bilim insanları Peter Higgs’in öngördüğü bozona çok benzer bir parçacık buldular. Bu bozonun elektrozayıf kuvveti açıklayacak Higgs bozonu olduğu henüz doğrulanmasa da, W bozonunun keşifte önemli bir yeri var.

2012 Mart’ta Fermilab’daki biliminsanları W bozonunun kütlesinin 80.385 +/- 0.016 GeV/c2 olduğunu buldu. Elektrozayıf kuvvet kuramını ve Higgs alanı kuramını da kapsayan Standard Model‘in tahminine göre, bu kütledeki W bozonuna göre Higgs bozonunun kütlesi 145 GeV’den az olmalıydı. ATLAS ve CMS parçacık bulucuları Higgs bozonu benzerinin 125 GeV civarında olduğunu buldular.

Z Bozonu

1983 yılında CERN’deki Süper Proton Senkrotronu’nda keşfedilen Z bozonu, nötr bir temel parçacık. Elektrik yüklü kuzeni W gibi, Z bozonu da zayıf etkileşimi taşıyor.
Zayıf etkileşim aslında elektromanyetik kuvvet kadar güçlü olsa da, etkisi W ve Z bozonlarının ağır kütlesi nedeniyle sınırlı kalıyor. Kütleleri zayıf etkileşimin aralığını 10-18 metreyle sınırlıyor ve tek bir protonun yarıçapını geçtiğinde yok oluyor.

Enrico Fermi, zayıf etkileşim kuramını ilk kez 1933’te sunmuştu, ama kuram bugünkü halini Sheldon Glashow, Abdus Salam ve Steven Weinberg, zayıf etkileşimin ve elektromanyetik kuvvetin aslında elektrozayıf kuvvetin farklı tezahürleri olduğunu sundukları 1960’larda aldı

Elektrik yüklü W bozonu çıkarıldığında, zayıf etkileşim proton gibi bir parçacığın kuarklarını değiştirerek yükünün değişmesine sebep olabilir. 1958’de Sidney Bludman zayıf etkileşimin daha sonra Z bozonu olarak bilinecek W bozonunun yüksüz partnerinin aracılık ettiği “zayıf nötr akım” şeklinde başka bir kolu olabileceğini düşündü.

1973’te CERN’deki Gargamelle kabarcık odası deneyinde çalışan fizikçiler bu fikri destekleyen ilk ikna edici kanıtı sundular. Nötrinolar sadece zayıf etkileşimle etkileşen parçacıklardır. Fizikçiler kabarcık odası aracılığıyla nötrinoları vurduklarında zayıf etkileşimin ya da dolaylı yoldan Z bozonunun kanıtlarını saptayabildiler

1970’lerin sonunda CERN, o zamanlar en büyük parçacık çarpıştırıcısı olan Süper Proton Senkrotonu’nu Z ve W bozonlarını doğrudan ortaya çıkarabilmek amacıyla değiştirdi. İki parçacık da burada 1983 yılında ilk kez gözlemlendi. Bozonlar CERN’de ve Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuarı’nda detaylı olarak incelendi.

1990’larda, CERN’deki Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı ve ABD’deki SLAC Linear Çarpıştırıcısı daha ileri bir çalışma için milyonlarca Z bozonu üretti. Bu sonuçlar Standart Model‘in son parçacığı Higgs bozonu için gerekli son nokta oldu. 2012 Temmuz’da, CERN’deki bilim insanları Higgs bozonuyla uyumlu bir parçacık keşfetti.

Kaynak 1
Kaynak 2