Bosons W et Z

0

En physique des particules , les bosons W et Z sont des bosons vecteurs appelés ensemble bosons faibles ou plus généralement bosons vecteurs intermédiaires . Ces particules élémentaires médient l’ interaction faible ; les symboles respectifs sontO+
,O
, etZ0
. LeO±
les bosons ont une charge électrique positive ou négative de 1 charge élémentaire et sont les antiparticules les uns des autres . LeZ0
boson est électriquement neutre et est sa propre antiparticule . Les trois particules ont chacune un spin de 1. LeO±
les bosons ont un moment magnétique, mais lesZ0
n’en a pas. Ces trois particules ont une durée de vie très courte, avec une demi-vie d’environ3 × 10 −25 s . Leur découverte expérimentale a joué un rôle central dans l’établissement de ce qu’on appelle aujourd’hui le modèle standard de la physique des particules .

O±
et Z0
Bosons

Composition Particule élémentaire
Statistiques bosonique
Famille Boson de jauge
Interactions Faible interaction
Théorisé Glashow , Weinberg , Salam (1968)
Découvert Collaborations UA1 et UA2 , CERN , 1983
Masse W :80,379 ± 0,012 GeV/ c 2 (2018) [1]
80,433 ± 0,009 GeV/ c 2 (2022) [2]
Z :91,1876 ± 0,0021 GeV/ c 2 [3]
Largeur de décroissance W :2,085 ± 0,042 GeV/ c 2 [1]
Z :2,4952 ± 0,0023 GeV/ c 2 [3]
Charge électrique W : ±1 e
Z : 0 e
Tournoyer 1
Isospin faible L : ±1
Z : 0
Hypercharge faible 0

LeO les bosons sont nommés d’après la force faible . Le physicien Steven Weinberg a nommé la particule supplémentaire la “Z particule”, [4] et plus tard a donné l’explication qu’il s’agissait de la dernière particule supplémentaire nécessaire au modèle.O bosons avaient déjà été nommés, et lesZ les bosons ont été nommés pour avoir une charge électrique nulle . [5]

Les deuxO les bosons sont des médiateurs vérifiés de l’ absorption et de l’émission des neutrinos . Au cours de ces processus, leO±
la charge du boson induit l’émission ou l’absorption d’électrons ou de positrons, provoquant ainsi une transmutation nucléaire .

LeZ le boson assure le transfert de quantité de mouvement, de spin et d’énergie lorsque les neutrinos se dispersent élastiquement à partir de la matière (un processus qui conserve la charge). Un tel comportement est presque aussi courant que les interactions inélastiques des neutrinos et peut être observé dans les chambres à bulles lors d’une irradiation avec des faisceaux de neutrinos. LeZ boson n’est pas impliqué dans l’absorption ou l’émission d’électrons ou de positrons. Chaque fois qu’un électron est observé comme une nouvelle particule libre, se déplaçant soudainement avec de l’énergie cinétique, on en déduit qu’il est le résultat d’un neutrino interagissant avec l’électron (avec le transfert d’impulsion via le boson Z) puisque ce comportement se produit plus souvent lorsque le neutrino faisceau est présent. Dans ce processus, le neutrino frappe simplement l’électron (via l’échange d’un boson) puis s’en éloigne, transférant une partie de l’impulsion du neutrino à l’électron. [un]

Propriétés de base

Ces bosons font partie des poids lourds des particules élémentaires. Avec des masses de80,4 GeV/ c 2 et91,2 GeV/ c 2 , respectivement, laOetZ les bosons sont presque 80 fois plus massifs que le proton – plus lourds, même, que des atomes de fer entiers .

Leurs masses élevées limitent la portée de l’interaction faible. Par contre, le photon est le porteur de force de la Force électromagnétique et a une masse nulle, compatible avec la gamme infinie de l’électromagnétisme ; on s’attend également à ce que le graviton hypothétique ait une masse nulle. (Bien que les gluons soient également supposés avoir une masse nulle, la gamme de la Force de couleur est limitée pour différentes raisons; voir confinement des couleurs .)

Les trois bosons ont un spin de particule s = 1. L’émission d’un O+
ou alors O
boson abaisse ou augmente la charge électrique de la particule émettrice d’une unité, et modifie également le spin d’une unité. En même temps, l’émission ou l’absorption d’unO±
boson peut changer le type de la particule – par exemple en changeant un quark étrange en un quark up . Le boson Z neutre ne peut modifier la charge électrique d’aucune particule, ni aucune autre des soi-disant « charges » (telles que l’ étrangeté , le nombre de baryons , le charme , etc.). L’émission ou l’absorption d’unZ0
boson ne peut que modifier le spin, la quantité de mouvement et l’énergie de l’autre particule. (Voir aussi Courant neutre faible .)

Relations avec la force nucléaire faible

Le diagramme de Feynman pour la désintégration bêta d’un neutron en un proton, un électron et un Antineutrino électronique via un intermédiaire O
boson

Le O et Z les bosons sont des particules porteuses qui médient la force nucléaire faible, tout comme le photon est la particule porteuse de la Force électromagnétique.

Bosons W

Le O±
les bosons sont surtout connus pour leur rôle dans la Désintégration nucléaire . Considérons, par exemple, la désintégration bêta du cobalt-60 .

60
27Co→ 60
28Ni + + e
+ve

Cette réaction n’implique pas l’ensemble du noyau de cobalt 60 , mais n’affecte qu’un seul de ses 33 neutrons. Le neutron est converti en proton tout en émettant également un électron (appelé particule bêta dans ce contexte) et un Antineutrino électronique :

n0
→p+
+e
+ve

Encore une fois, le neutron n’est pas une particule élémentaire mais un composé d’un quark up et de deux quarks down ( udd ). C’est en fait l’un des quarks down qui interagit dans la désintégration bêta en se transformant en un quark up pour former un proton ( uud ). Au niveau le plus fondamental, donc, la force faible change la saveur d’un seul quark :

ré→tu+O

qui est immédiatement suivie par la décomposition du O
lui-même :

O
→e
+ve

Bosons Z

Le Z0
le boson est sa propre antiparticule . Ainsi, tous ses nombres et charges quantiques de saveur sont nuls. L’échange d’unZ le boson entre les particules, appelé interaction à courant neutre , laisse donc les particules en interaction inchangées, à l’exception d’un transfert de spin et/ou de quantité de mouvement . [c] Z les interactions de bosons impliquant des neutrinos ont des signatures distinctes : elles fournissent le seul mécanisme connu de diffusion élastique des neutrinos dans la matière ; les neutrinos sont presque aussi susceptibles de se diffuser élastiquement (viaZ échange de bosons) de manière inélastique (via l’échange de bosons W). [c] Courants de neutre faibles via Z Les échanges de bosons ont été confirmés peu de temps après (également en 1973), dans une expérience sur les neutrinos dans la chambre à bulles Gargamelle au CERN . [8]

Prédictions des bosons W + , W et Z 0

Un diagramme de Feynman montrant l’échange d’une paire de O bosons. C’est l’un des principaux termes contribuant à l’ oscillation neutre de Kaon .

Suite au succès de l’électrodynamique quantique dans les années 1950, des tentatives ont été entreprises pour formuler une théorie similaire de la force nucléaire faible. Cela a abouti vers 1968 à une théorie unifiée de l’électromagnétisme et des interactions faibles par Sheldon Glashow , Steven Weinberg et Abdus Salam , pour laquelle ils ont partagé le prix Nobel de physique en 1979 . [9] [c] Leur Théorie électrofaible postulait non seulement la O bosons nécessaires pour expliquer la désintégration bêta, mais aussi un nouveauZ boson qui n’avait jamais été observé.

Le fait que leOetZles bosons ont une masse alors que les photons sont sans masse était un obstacle majeur au développement de la Théorie électrofaible. Ces particules sont décrites avec précision par une théorie de jauge SU(2) , mais les bosons dans une théorie de jauge doivent être sans masse. A titre d’exemple, le photon est sans masse car l’électromagnétisme est décrit par une théorie de jauge U(1) . Un mécanisme est nécessaire pour briser la symétrie SU (2), donnant de la masse au O et Z Dans le processus. Le mécanisme de Higgs , proposé pour la première fois par les articles sur la rupture de symétrie PRL de 1964 , remplit ce rôle. Elle nécessite l’existence d’une autre particule, le boson de Higgs , qui a depuis été découvert au Large Hadron Collider . Sur les quatre composants d’un boson de Goldstone créé par le champ de Higgs, trois sont absorbés par le O+
, Z0
, et O
bosons pour former leurs composants longitudinaux, et le reste apparaît comme le boson de Higgs de spin 0.

La combinaison de la théorie de jauge SU (2) de l’interaction faible, de l’interaction électromagnétique et du mécanisme de Higgs est connue sous le nom de modèle Glashow – Weinberg – Salam . Aujourd’hui, il est largement accepté comme l’un des piliers du modèle standard de la physique des particules, notamment depuis la découverte en 2012 du boson de Higgs par les expériences CMS et ATLAS .

Le modèle prédit que O±
et Z0
les bosons ont les masses suivantes :

m O ± = 1 2 v g m Z 0 = 1 2 v g 2 + g ′ 2 {displaystyle {begin{aligned}m_{{text{W}}^{pm }}&={tfrac {1}{2}}vg\m_{{text{Z}}^{ 0}}&={tfrac {1}{2}}v{sqrt {g^{2}+{g’}^{2}}}end{aligné}}} {displaystyle {begin{aligned}m_{{text{W}}^{pm }}&={tfrac {1}{2}}vg\m_{{text{Z}}^{0}}&={tfrac {1}{2}}v{sqrt {g^{2}+{g'}^{2}}}end{aligned}}} {displaystyle {begin{aligned}m_{{text{W}}^{pm }}&={tfrac {1}{2}}vg\m_{{text{Z}}^{0}}&={tfrac {1}{2}}v{sqrt {g^{2}+{g'}^{2}}}end{aligned}}}

où g {displaystyle g} g gest le couplage de jauge SU(2), g ′ {displaystyle g’} g' g'est le couplage de jauge U(1), et v {style d’affichage v} v vest la valeur attendue du vide de Higgs .

Découverte

La chambre à bulles Gargamelle , désormais exposée au CERN

Contrairement à la désintégration bêta, l’observation d’interactions à courant neutre impliquant des particules autres que les neutrinos nécessite d’énormes investissements dans des accélérateurs et des détecteurs de particules , tels qu’il n’en existe que dans quelques laboratoires de Physique des hautes énergies dans le monde (et seulement après 1983). Ceci est dû au faitZ les bosons se comportent un peu de la même manière que les photons, mais ne deviennent importants que lorsque l’énergie de l’interaction est comparable à la masse relativement énorme duZ boson.

La découverte de la O et Z bosons était considéré comme un succès majeur pour le CERN. Tout d’abord, en 1973, vint l’observation des interactions de courant neutre telles que prédites par la Théorie électrofaible. L’immense chambre à bulles Gargamelle a photographié les traces de quelques électrons se mettant soudain en mouvement, apparemment de leur plein gré. Ceci est interprété comme un neutrino interagissant avec l’électron par l’échange d’un Z boson. Le neutrino est autrement indétectable, de sorte que le seul effet observable est l’impulsion conférée à l’électron par l’interaction.

La découverte de la O et Z les bosons eux-mêmes ont dû attendre la construction d’un accélérateur de particules assez puissant pour les produire. La première machine de ce type qui est devenue disponible était le super synchrotron à protons , où des signaux non ambigus de bosons W ont été observés en janvier 1983 au cours d’une série d’expériences rendues possibles par Carlo Rubbia et Simon van der Meer . Les expériences réelles s’appelaient UA1 (dirigée par Rubbia) et UA2 (dirigée par Pierre Darriulat ), [10] et étaient l’effort collaboratif de nombreuses personnes. Van der Meer était la force motrice côté accélérateur ( refroidissement stochastique ). UA1 et UA2 ont trouvé le Z boson quelques mois plus tard, en mai 1983. Rubbia et van der Meer ont rapidement reçu le prix Nobel de physique en 1984, une étape des plus inhabituelles pour la conservatrice Fondation Nobel . [11]

Le O+
,O
, et Z0
bosons, ainsi que le photon (γ), comprennent les quatre bosons de jauge de l’ interaction électrofaible .

2022 mesure inattendue de la masse du boson W

Avant 2022, les mesures de la masse du boson W semblaient cohérentes avec le modèle standard. Par exemple, en 2021, les mesures expérimentales de la masse du boson W ont été évaluées comme convergeant autour de 80 379 ± 12 MeV. [12]

Cependant, en avril 2022, une nouvelle analyse des données obtenues par le collisionneur Fermilab Tevatron avant sa fermeture en 2011 a déterminé que la masse du boson W était de 80 433 ± 9 MeV, soit sept écarts-types au-dessus de celui prédit par le modèle standard. , ce qui signifie que si le modèle est correct [13] , il ne devrait y avoir qu’un milliardième de chances qu’une masse aussi importante se produise par une erreur d’observation non systématique . [14] Selon Ashutosh Kotwal de l’Université Dukeet le chef de la collaboration Collider Detector de la collaboration Fermilab, la luminosité du faisceau inférieur utilisée réduisait le risque que des événements d’intérêt soient obscurcis par d’autres collisions et que l’utilisation de collisions proton-antiproton simplifie le processus d’annihilation quark-antiquark, qui s’est ensuite désintégré donner un lepton et un neutrino . [15] L’équipe a délibérément crypté ses données et s’est caché tout résultat préliminaire jusqu’à ce que l’analyse soit terminée, pour éviter que le “biais de confirmation” ne fausse leur interprétation des données. [16]Kotwal l’a décrit comme la “plus grande fissure dans cette belle théorie”, spéculant qu’il pourrait s’agir de la “première preuve claire” d’autres forces ou particules non prises en compte par le modèle standard, et qui pourraient être prises en compte par des théories telles que la supersymétrie . [14] Le physicien théoricien lauréat du prix Nobel Frank Wilczek a décrit le résultat comme une “œuvre monumentale”. [16]

En plus d’être incompatible avec le modèle standard, la nouvelle mesure est également incompatible avec les mesures précédentes telles qu’ATLAS. Cela suggère que les anciennes ou les nouvelles mesures, malgré toutes les précautions, comportent une erreur systématique inattendue, telle qu’une bizarrerie non détectée dans l’équipement. De futures expériences avec le LHC pourraient aider à déterminer quel ensemble de mesures, le cas échéant, sont les bonnes. [16] Le directeur adjoint du Fermilab, Joseph Lykken , a répété que “… la (nouvelle) mesure doit être confirmée par une autre expérience avant de pouvoir être pleinement interprétée.” [17] Matthias Schott, de l’ Université de Mayence, a déclaré que “je ne pense pas que nous devions discuter de la nouvelle physique qui pourrait expliquer l’écart entre CDF et le modèle standard – nous devons d’abord comprendre pourquoi la mesure CDF est en forte tension avec toutes [les autres mesures]”. [18]

Pourriture

LeOetZles bosons se désintègrent en paires de fermions mais ni lesOni leZ les bosons ont suffisamment d’énergie pour se désintégrer en le quark top de masse la plus élevée . En négligeant les effets d’espace de phase et les corrections d’ordre supérieur, des estimations simples de leurs fractions de branchement peuvent être calculées à partir des constantes de couplage .

Bosons W

Oles bosons peuvent se désintégrer en un lepton et un antilepton (l’un chargé et l’autre neutre) [d] ou en un quark et un antiquark de types complémentaires (avec des charges électriques opposées ±+1 ⁄ 3 et ∓+2 ⁄ 3 ). La largeur de désintégration du boson W en une paire quark–antiquark est proportionnelle à l’élément de Matrice CKM au carré correspondant et au nombre de couleurs de quarks , N C = 3 . Les largeurs de désintégration du boson W + sont alors proportionnelles à :

Leptons Quarks
e+
ve
1 turé 3 | V ud | 2 {displaystyle |V_{text{ud}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{ud}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{ud}}|^{2}} tus 3 | V us | 2 {displaystyle |V_{text{nous}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{us}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{us}}|^{2}} tub 3 | V ub | 2 {displaystyle |V_{text{ub}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{ub}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{ub}}|^{2}}
μ+
vμ
1 cré 3 | V cd | 2 {displaystyle |V_{text{cd}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{cd}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{cd}}|^{2}} cs 3 | V cs | 2 {displaystyle |V_{text{cs}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{cs}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{cs}}|^{2}} cb 3 | V cb | 2 {displaystyle |V_{text{cb}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{cb}}|^{2}} {displaystyle |V_{text{cb}}|^{2}}
τ+
vτ
1 Pourriture àtn’est pas autorisé par la conservation de l’énergie

Ici, e+
, μ+
, τ+
désignent les trois saveurs des leptons (plus exactement, les antileptons chargés positivement ). ve , vμ , vτ désignent les trois saveurs des neutrinos. Les autres particules, à commencer par tu et ré , désignent tous des quarks et des antiquarks (le facteur N C est appliqué). Les différents V i j {displaystyle,V_{ij},} {displaystyle ,V_{ij},} {displaystyle ,V_{ij},}désignent les coefficients de Matrice CKM correspondants. [e]

L’unitarité de la Matrice CKM implique que | V ud | 2 + | V us | 2 + | V ub | 2 = {displaystyle ~|V_{text{ud}}|^{2}+|V_{text{us}}|^{2}+|V_{text{ub}}|^{2}~= ~} {displaystyle ~|V_{text{ud}}|^{2}+|V_{text{us}}|^{2}+|V_{text{ub}}|^{2}~=~} {displaystyle ~|V_{text{ud}}|^{2}+|V_{text{us}}|^{2}+|V_{text{ub}}|^{2}~=~} | V cd | 2 + | V cs | 2 + | V cb | 2 = 1 , {displaystyle ~|V_{text{cd}}|^{2}+|V_{text{cs}}|^{2}+|V_{text{cb}}|^{2}=1 ~,} {displaystyle ~|V_{text{cd}}|^{2}+|V_{text{cs}}|^{2}+|V_{text{cb}}|^{2}=1~,} {displaystyle ~|V_{text{cd}}|^{2}+|V_{text{cs}}|^{2}+|V_{text{cb}}|^{2}=1~,}ainsi chacune des deux rangées de quarks totalise 3. Par conséquent, les rapports de ramification leptonique du boson W sont approximativement B ( e + ν e ) = {displaystyle ,B(mathrm {e} ^{+}mathrm {nu } _{mathrm {e} })=,} {displaystyle ,B(mathrm {e} ^{+}mathrm {nu } _{mathrm {e} })=,} {displaystyle ,B(mathrm {e} ^{+}mathrm {nu } _{mathrm {e} })=,} B ( μ + ν μ ) = {displaystyle ,B(mathrm {mu } ^{+}mathrm {nu } _{mathrm {mu } })=,} {displaystyle ,B(mathrm {mu } ^{+}mathrm {nu } _{mathrm {mu } })=,} {displaystyle ,B(mathrm {mu } ^{+}mathrm {nu } _{mathrm {mu } })=,} B ( τ + ν τ ) = {displaystyle ,B(mathrm {tau } ^{+}mathrm {nu } _{mathrm {tau } })=,} {displaystyle ,B(mathrm {tau } ^{+}mathrm {nu } _{mathrm {tau } })=,} {displaystyle ,B(mathrm {tau } ^{+}mathrm {nu } _{mathrm {tau } })=,} 1/9Le rapport de branchement hadronique est dominé par le CKM-favoriséturéetcsétats finaux. La somme des rapports de branchement hadronique a été mesurée expérimentalement comme étant67,60 ± 0,27 % , avec B ( l + ν l ) = {displaystyle ,B(ell ^{+}mathrm {nu } _{ell })=,} {displaystyle ,B(ell ^{+}mathrm {nu } _{ell })=,} {displaystyle ,B(ell ^{+}mathrm {nu } _{ell })=,} 10,80 ± 0,09 % . [19]

Z 0 boson

Z les bosons se désintègrent en un fermion et son antiparticule. Comme le Z0
boson est un mélange du pré- briseur de symétrie O0
et B0
bosons (voir angle de mélange faible ), chaque facteur de vertex comprend un facteur T 3 − Q sin 2 θ W , {displaystyle ~T_{3}-Qsin ^{2},theta _{text{W}}~,} {displaystyle ~T_{3}-Qsin ^{2},theta _{text{W}}~,} {displaystyle ~T_{3}-Qsin ^{2},theta _{text{W}}~,}où T 3 {displaystyle,T_{3},} {displaystyle ,T_{3},} {displaystyle ,T_{3},}est la troisième composante de l’ isospin faible du fermion (la “charge” de la force faible), Q { style d’affichage ,Q,} {displaystyle ,Q,} {displaystyle ,Q,}est la charge électrique du fermion (en unités de la charge élémentaire ), et θ W {displaystyle ;theta _{text{W}};} {displaystyle ;theta _{text{W}};} {displaystyle ;theta _{text{W}};}est l’ angle de mélange faible . Parce que l’isospin faible ( T 3 ) {displaystyle (,T_{3},)} {displaystyle (,T_{3},)} {displaystyle (,T_{3},)}est différent pour les fermions de chiralité différente , gaucher ou droitier , le couplage est également différent.

Les forces relatives de chaque couplage peuvent être estimées en considérant que les taux de décroissance incluent le carré de ces facteurs et tous les diagrammes possibles (par exemple somme sur les familles de quarks et contributions gauche et droite). Les résultats tabulés ci-dessous ne sont que des estimations, car ils n’incluent que des diagrammes d’interaction au niveau de l’arbre dans la Théorie de Fermi .

Particules Isospin faible ( T 3 ) {displaystyle (,T_{3},)} {displaystyle (,T_{3},)} {displaystyle (,T_{3},)} Facteur relatif Rapport de ramification
Nom Symboles L R Prédit pour x = 0,23 Mesures expérimentales [20]
Neutrinos (tous) ve,vμ,vτ 1/2 0 [f] 3 ( 1 2 ) 2 {displaystyle,3({tfrac {1}{2}})^{2},} {displaystyle ,3({tfrac {1}{2}})^{2},} {displaystyle ,3({tfrac {1}{2}})^{2},} 20,5 % 20,00 ± 0,06 %
Leptons chargés (tous) e

3 ( − 1 2 + x ) 2 + 3 x 2 {displaystyle,3(-{tfrac {1}{2}}+x)^{2}+3x^{2},} {displaystyle ,3(-{tfrac {1}{2}}+x)^{2}+3x^{2},} {displaystyle ,3(-{tfrac {1}{2}}+x)^{2}+3x^{2},} 10,2 % 10,097 ± 0,003 %
Électron e − 1 2 + x {displaystyle ,-{tfrac {1}{2}}+x,} {displaystyle ,-{tfrac {1}{2}}+x,} {displaystyle ,-{tfrac {1}{2}}+x,} X ( − 1 2 + x ) 2 + x 2 {displaystyle,(-{tfrac {1}{2}}+x)^{2}+x^{2},} {displaystyle ,(-{tfrac {1}{2}}+x)^{2}+x^{2},} {displaystyle ,(-{tfrac {1}{2}}+x)^{2}+x^{2},} 3,4 % 3,363 ± 0,004 %
Muon μ − 1/2+ x X (− 1/2+ x ) 2 + x 2 3,4 % 3,366 ± 0,007 %
Tau τ − 1/2+ x X (− 1/2+ x ) 2 + x 2 3,4 % 3,367 ± 0,008 %
Hadrons
(sauf * t )
69,2 % 69,91 ± 0,06 %
Quarks de type Down ré,s,b − 1/2+ 1/3X 1/3X 3 (− 1/2+ 1/3x ) 2 + 3 ( 1/3x ) 2 15,2 % 15,6 ± 0,4 %
Quarks de type up tu,c 1/2− 2/3X − 2/3X 3 ( 1/2− 2/3x ) 2 + 3 (− 2/3x ) 2 11,8 % 11,6 ± 0,6 %

Pour garder la notation compacte, le tableau utilise x = sin 2 θ W . {displaystyle ~x=sin ^{2},theta _{text{W}}~.} {displaystyle ~x=sin ^{2},theta _{text{W}}~.} {displaystyle ~x=sin ^{2},theta _{text{W}}~.} Ici, L et R désignent respectivement la chiralité gauche ou droite des fermions. [F] * La désintégration impossible en une paire quark top -antiquark n’est pas mentionnée dans le tableau. La masse du t quark plus un t est supérieure à la masse du Z boson, il n’a donc pas assez d’énergie pour se désintégrer en un tt paire de quarks. En 2018, la collaboration CMS a observé la première désintégration exclusive du boson Z en un méson ψ et une paire lepton -antilepton. [21]

Voir également

  • Statistiques de Bose – Einstein – Description du comportement des bosons
  • Liste des particules
  • Formulation mathématique du modèle standard – Mathématiques d’un modèle de physique des particules
  • Charge faible
  • Bosons W ‘et Z’ – Bosons de jauge hypothétiques résultant d’extensions de la symétrie électrofaible du modèle standard
  • Bosons X et Y : paire analogue de bosons prédite par la Grande Théorie Unifiée
  • diboson ZZ

Notes de bas de page

  1. Parce que les neutrinos ne sont affectés ni par la force forte ni par la Force électromagnétique , et parce que la force gravitationnelle entre particules subatomiques est négligeable, par déduction (techniquement, abduction ) , une telle interaction ne peut se faire que par la force faible. Puisqu’un tel électron n’est pas créé à partir d’un nucléon (le noyau laissé derrière reste le même qu’avant) et que l’électron partant est inchangé, à l’exception de l’impulsion transmise par le neutrino, cette interaction de force entre le neutrino et l’électron doit être médiée par un boson de force faible électromagnétiquement neutre. Ainsi, puisqu’aucun autre porteur de force neutre interagissant avec les neutrinos n’est connu, l’interaction observée doit s’être produite par échange d’unZ0
    boson.
  2. ^ Cependant, voir le courant neutre changeant de saveur pour une conjecture selon laquelle un rareZl’échange peut entraîner un changement de saveur.
  3. ^ un b La première prédiction deZ bosons a été faite par le physicien brésilien José Leite Lopes en 1958, [6] en concevant une équation qui montrait l’analogie des interactions nucléaires faibles avec l’électromagnétisme. Steve Weinberg, Sheldon Glashow et Abdus Salam ont ensuite utilisé ces résultats pour développer l’unification électrofaible [7] en 1973.
  4. ^ Plus précisément :
    O
    → lepton chargé + antineutrino
    O+
    → antilepton chargé + neutrino
  5. ^ Chaque entrée dans la colonne lepton peut également être écrite sous la forme de trois désintégrations, par exemple pour la première ligne, comme e + ν 1 , {displaystyle ,mathrm {e} ^{+},mathrm {nu } _{1},,} {displaystyle ,mathrm {e} ^{+},mathrm {nu } _{1},,} {displaystyle ,mathrm {e} ^{+},mathrm {nu } _{1},,} e + ν 2 , {displaystyle ,mathrm {e} ^{+},mathrm {nu } _{2},,} {displaystyle ,mathrm {e} ^{+},mathrm {nu } _{2},,} {displaystyle ,mathrm {e} ^{+},mathrm {nu } _{2},,} e + ν 3 , {displaystyle ,mathrm {e} ^{+},mathrm {nu } _{3},,} {displaystyle ,mathrm {e} ^{+},mathrm {nu } _{3},,} {displaystyle ,mathrm {e} ^{+},mathrm {nu } _{3},,}pour chaque état propre de masse de neutrino, avec des largeurs de désintégration proportionnelles à | U e1 | 2 , {displaystyle ,|U_{text{e1}}|^{2},,} {displaystyle ,|U_{text{e1}}|^{2},,} {displaystyle ,|U_{text{e1}}|^{2},,} | U e2 | 2 , {displaystyle ,|U_{text{e2}}|^{2},,} {displaystyle ,|U_{text{e2}}|^{2},,} {displaystyle ,|U_{text{e2}}|^{2},,} | U e3 | 2 {displaystyle,|U_{text{e3}}|^{2},} {displaystyle ,|U_{text{e3}}|^{2},} {displaystyle ,|U_{text{e3}}|^{2},}( éléments de matrice PMNS ), mais les expériences actuelles qui mesurent les désintégrations ne peuvent pas faire la distinction entre les états propres de masse des neutrinos : elles mesurent la largeur totale de désintégration de la somme des trois processus.
  6. ^ a b Dans le modèle standard, les neutrinos droitiers (et les antineutrinos gauchers) n’existent pas; cependant, certaines extensions au-delà du modèle standard les autorisent. S’ils existent, ils ont tous un isospin T 3 = 0 et une charge électrique Q = 0, ce qui les rend “stériles” , c’est-à-dire incapables d’interagir par les forces faibles ou électriques, et puisque leur charge de couleur est nulle, pas de force forte interactions non plus.

Références

  1. ^ un b Tanabashi, M.; et coll. (Groupe de données sur les particules) (2018). “Révision de la physique des particules” . Examen physique D . 98 (3) : 030001. Bibcode : 2018PhRvD..98c0001T . doi : 10.1103/PhysRevD.98.030001 .
  2. ^ “Mesure de haute précision de la masse du boson W avec le Détecteur CDF II” . Sciences . 376 (6589): 170-176. 7 avril 2022. doi : 10.1126/science.abk1781 .
  3. ^ un b M. Tanabashi et autres. (Groupe de données sur les particules) (2018). “Révision de la physique des particules” . Examen physique D . 98 (3) : 030001. Bibcode : 2018PhRvD..98c0001T . doi : 10.1103/PhysRevD.98.030001 .
  4. ^ Weinberg, S. (1967). “Un modèle de leptons” (PDF) . Lettres d’examen physique . 19 (21): 1264-1266. Bibcode : 1967PhRvL..19.1264W . doi : 10.1103/physrevlett.19.1264 . [ lien mort permanent ] — L’article d’unification électrofaible.
  5. ^ Weinberg, Steven (1993). Rêves d’une théorie finale : la recherche des lois fondamentales de la nature . Presse d’époque. p. 94 . ISBN 978-0-09-922391-7.
  6. ^ Lopes, J. Leite (septembre 1999). “Quarante ans de la première tentative d’unification électrofaible et de la prédiction du boson neutre faible” . Journal brésilien de physique . 29 (3): 574–578. Bibcode : 1999BrJPh..29..574L . doi : 10.1590/S0103-97331999000300024 . ISSN 0103-9733 .
  7. ^ “Le prix Nobel de physique” . Fondation Nobel . 1979. Archivé de l’original le 3 août 2004 . Récupéré le 10 septembre 2008 .
  8. ^ “La découverte des courants neutres faibles” . Courrier CERN. 3 octobre 2004. Archivé de l’original le 2017-03-07 . Récupéré le 06/03/2017 .
  9. ^ “Prix Nobel de physique” . Fondation Nobel. 1979. Archivé de l’original le 2004-08-03 . Récupéré le 20/02/2004 . (voir aussi Prix Nobel de Physique sur Wikipédia)
  10. ^ “La collection Collaboration UA2” . Archivé de l’original le 2013-06-04 . Récupéré le 22/06/2009 .
  11. ^ “Prix Nobel de physique” (Communiqué de presse). Fondation Nobel. 1984. Archivé de l’original le 2004-08-03 . Récupéré le 20/02/2004 .
  12. ^ PA Zyla et al. (Groupe de données de particules), Prog. Théor. Exp. Phys. 2020, 083C01 (2021) et mise à jour 2021. https://pdg.lbl.gov/2021/reviews/rpp2021-rev-w-mass.pdf
  13. ^ Borenstein, Seth, La particule clé pèse un peu lourd, déconcertant les physiciens , Associated Press (AP), 7 avril 2022
  14. ^ un b Weule, Genelle (8 avril 2022). “Modèle standard de physique contesté par la mesure la plus précise de la particule de boson W à ce jour” . Société de radiodiffusion australienne . Récupéré le 9 avril 2022 .
  15. ^ Wogan, Tim (8 avril 2022). “La mesure de la masse du boson W surprend les physiciens” . Monde de la Physique . Récupéré le 9 avril 2022 .
  16. ^ un bc Wood , Charlie (7 avril 2022). “La particule nouvellement mesurée semble assez lourde pour casser la physique connue” . Revue Quanta . Récupéré le 9 avril 2022 .
  17. ^ Marc, Tracy (7 avril 2022). “La collaboration CDF au Fermilab annonce la mesure la plus précise jamais réalisée de la masse du boson W en tension avec le modèle standard” . Laboratoire Fermi . Récupéré le 8 avril 2022 .
  18. ^ Schott, Matthias (2022-04-07). “Avons-nous enfin trouvé une nouvelle physique avec la dernière mesure de masse du boson W ?” . Physique, Vie et tout le Reste . Récupéré le 09/04/2022 .
  19. ^ Beringer, J.; et coll. ( Groupe de données sur les particules ) (2012). “Bosons de jauge et de Higgs” (PDF) . Examen physique D . Revue 2012 de la physique des particules. 86 (1): 1. Bibcode : 2012PhRvD..86a0001B . doi : 10.1103/PhysRevD.86.010001 . Archivé (PDF) de l’original le 2017-02-20 . Récupéré le 21/10/2013 .
  20. ^ Amsler, C.; et coll. (Groupe de données sur les particules) (2010). “PL B667, 1 (2008) et mise à jour partielle de 2009 pour l’édition 2010” (PDF) . Archivé (PDF) de l’original le 2011-06-05 . Récupéré le 19/05/2010 .
  21. ^ Sirunyan, AM; et coll. (Collaboration CMS) (2018). “Observation de la décroissance Z → ψ l+ l− dans les collisions pp à √ s = 13 TeV” . Lettres d’examen physique . 121 (14) : 141801. arXiv : 1806.04213 . doi : 10.1103/PhysRevLett.121.141801 . PMID 30339440 . S2CID 118950363 .

Liens externes

  • Médias liés aux bosons W et Z sur Wikimedia Commons
  • The Review of Particle Physics , la source ultime d’informations sur les propriétés des particules.
  • Les particules W et Z : un souvenir personnel par Pierre Darriulat
  • Quand le CERN vit la fin de l’alphabet par Daniel Denegri
  • Particules W et Z à Hyperphysics
You might also like
Leave A Reply

Your email address will not be published.

This website uses cookies to improve your experience. We'll assume you're ok with this, but you can opt-out if you wish. Accept Read More