¿Cuál es la evidencia que obtenemos de los bosones de W&Z?

Esta trama es probablemente la mejor (pero no la única, por supuesto) evidencia de la existencia de los bosones W y Z.

Muestra la dependencia de la sección transversal (piense: probabilidad) de que el electrón en colisión y el positrón se aniquilan entre sí y producen hadrones, en función del centro de energía de masa de la colisión. Usted ve que la sección transversal cae muy bien con la energía, según lo predicho por QED, pero luego, alrededor de 60 GeV comienza a subir y forma un pico amplio alrededor de 91 GeV. Este pico proviene de la producción resonante de una partícula Z real en la colisión, y la posterior descomposición de la Z en hadrones. El pico es muy amplio, porque el bosón Z tiene una vida extremadamente corta y, por lo tanto, de acuerdo con el principio de incertidumbre, su masa se extendió alrededor del valor medio. Después del pico Z, la sección transversal cae nuevamente con energía, pero luego hay un aumento limpio a 160 GeV. Este es el umbral para la producción de un par de bosones W reales, y su descomposición en hadrones. No hay pico, porque los bosones W producidos no forman un estado unido, por lo que no hay mejora resonante, pero está claro en la trama, que un nuevo mecanismo de producción de hadrones se activa con la energía equivalente a dos masas W.

¿Ves el pico gigante marcado Z a alrededor de 91 GeV? Esa es básicamente la principal evidencia de la existencia del bosón Z. Lo que haces es colisionar un electrón con un positrón en un montón de energías diferentes, y medir la frecuencia con la que obtienes un montón de hadrones (partículas hechas de quarks) al final. Cada vez que colisionas el par electrón / positrón a energías específicas correspondientes a la masa de una nueva partícula, obtienes un gran aumento en la velocidad, dando lugar al pico que ves a 91 GeV. Al medir el ancho del pico, la altura y otras propiedades, puede deducir que la partícula que se produce es consistente con lo que espera de una Z.

La evidencia de la W es menos dramática, pero es similar en espíritu. Fue descubierto al chocar protones con antiprotones, y al buscar eventos con un electrón o muón y una gran cantidad de energía faltante en la dirección opuesta a la trayectoria de estos leptones, correspondiente a neutrinos que los detectores no pueden ver. Sin embargo, si tiene suficiente de estos eventos, también puede determinar la masa de la nueva partícula que está produciendo. Si desea estudiarlo con precisión, puede volver a colisionar un electrón con un positrón para producir 2 W, que luego se descomponen en fermiones de modelo estándar. A partir de esto, puede estudiar la masa W, los acoplamientos W a los fermiones, etc. Todos estos son consistentes con las propiedades teóricas de la W.