WボゾンとZボゾン

ネーミング

Wボゾンは、それらが担っている弱い力にちなんで名づけられました。弱い力は、ベータ崩壊という形でいくつかの放射性元素の分解に関与していると物理学者が信じているものです。70年代後半、科学者たちは弱い力の初期バージョンを電磁気学と結合させることに成功し、これを「電弱力」と名付けました。

WボゾンとZボゾンの生成

WボゾンとZボゾンは、放射性崩壊の一種であるベータ崩壊でのみ生成されることが知られています。

ベータ線減衰

ベータ崩壊は、原子の中に中性子がたくさんあるときに起こります。中性子を簡単に考えると、陽子1個と電子1個でできています。一つの原子核の中に中性子が多すぎると、一つの中性子が分裂して陽子と電子になります。陽子はその場に留まり、電子は信じられない速さで原子の外に飛び出していきます。これがベータ線が人体に有害な理由です。

陽子も中性子もそれぞれ3つのクォークという素粒子でできているので、上記のモデルは完全には正確ではありません。陽子はアップクォーク2個（電荷は＋2/3）とダウンクォーク1個（電荷は-1/3）からできている。中性子は、アップクォーク1個とダウンクォーク2個でできている。このため、陽子の電荷は+1、中性子の電荷は0である。

弱い力は、クォークのフレーバーを変えることができると考えられています。例えば、中性子のダウンクォークをアップクォークに変えると、陽子と同じクォークの配列になるので、中性子の電荷は+1になります。電荷が+1された3クォークの中性子は、陽子であるための条件をすべて満たしているので、この後はもはや中性子ではなくなります。したがって、ベータ崩壊は中性子を（他のいくつかの最終生成物とともに）陽子にすることになる。

Wボゾンの崩壊

ベータ崩壊のようにクォークがフレーバーを変えるとき、Wボゾンが放出される。Wボゾンは平均して3x10^-25 秒しか存在せず、その後他の粒子に崩壊してしまうので、半世紀弱前まで発見されなかった。驚くべきことに、Wボゾンは陽子の約80倍の質量を持っています。その元となった中性子の重さは、陽子とほぼ同じであることに留意してください。量子の世界では、質量の小さい粒子から質量の大きい粒子が生まれることは珍しくありません。余分な質量は、アインシュタインの有名な式、E = m c 2 {displaystyle E=mc^{2}} によって蓄えられたエネルギーから生まれます。.3x10^-25 秒が経過した後，Wボゾンは1個の電子と1個のニュートリノに崩壊します。ニュートリノは物質とほとんど相互作用しないので、これからは無視しても構いません。電子は高速で原子の外に押し出されます。ベータ崩壊で生成された陽子は原子核に残り、原子番号を1つ上げる。

Zボゾン崩壊

Wボゾンの存在を予言することに成功した物理学の標準模型では、Zボゾンも予言されている。Zボゾンはフェルミオンとその反粒子に崩壊するが、それらは電子やクォークなど、還元プランク定数の半分の単位でスピンを持つ粒子である。

これはベータ崩壊の図です。「udd "と "n "は中性子を表し、1つのアップクォークと2つのダウンクォークからできています。「udu "と "p "は陽子を意味し、2つのアップクォークと1つのダウンクォークからできている。W– はW– ボゾンを指し、e– (電子)とその上に線があるve (電子反ニュートリノ)に崩壊する。「t "は時間を意味する。