Les bosons W et Z

Nommer

Les bosons W sont nommés d'après la force faible dont ils sont responsables. La force faible est ce que les physiciens pensent être responsable de la décomposition de certains éléments radioactifs, sous forme de désintégration bêta. À la fin des années 70, les scientifiques ont réussi à combiner les premières versions de la force faible avec l'électromagnétisme, et l'ont appelée la force électrofaible.

Création des bosons W et Z

On sait que les bosons W et Z ne sont créés que sous l'effet de la désintégration bêta, qui est une forme de désintégration radioactive.

Décroissance bêta

La désintégration bêta se produit lorsqu'il y a beaucoup de neutrons dans un atome. Un neutron est facile à comprendre car il est constitué d'un proton et d'un électron. Lorsqu'il y a trop de neutrons dans le noyau d'un atome, un neutron se divise et forme un proton et un électron. Le proton restera là où il est, et l'électron sera lancé hors de l'atome à une vitesse incroyable. C'est pourquoi le rayonnement bêta est nocif pour l'homme.

Le modèle ci-dessus n'est pas tout à fait exact, car les protons et les neutrons sont chacun constitués de trois quarks, qui sont des particules élémentaires. Un proton est constitué de deux quarks supérieurs (+2/3 de charge) et d'un quark inférieur (-1/3 de charge). Un neutron est constitué d'un quark supérieur et de deux quarks inférieurs. De ce fait, le proton a une charge de +1 et le neutron une charge de 0.

On pense qu'une force faible est capable de changer la saveur d'un quark. Par exemple, lorsqu'elle transforme un quark down d'un neutron en quark up, la charge du neutron devient +1, car il aurait le même arrangement de quarks qu'un proton. Le neutron de trois quarks avec une charge de +1 n'est plus un neutron après cela, car il remplit toutes les conditions pour être un proton. Par conséquent, la désintégration bêta fera qu'un neutron deviendra un proton (avec certains autres produits finaux).

Déclin du boson

Lorsqu'un quark change de saveur, comme c'est le cas lors de la désintégration bêta, il libère un boson W. En moyenne, les bosons W ne durent que 3x10-25 secondes avant de se décomposer en d'autres particules, c'est pourquoi nous ne les avions découverts qu'il y a moins d'un demi-siècle. Étonnamment, les bosons W ont une masse environ 80 fois supérieure à celle d'un proton. N'oubliez pas que le neutron dont il provient a presque le même poids que le proton. Dans le monde quantique, il n'est pas rare qu'une particule plus massive provienne d'une particule moins massive ; la masse supplémentaire provient de l'énergie stockée via la célèbre formule d'Einstein, E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} . Une fois les 3x10-25 secondes écoulées, un boson W se décompose en un électron et un neutrino. Comme les neutrinos interagissent rarement avec la matière, nous pouvons désormais les ignorer. L'électron est propulsé hors de l'atome à une vitesse élevée. Le proton produit par la désintégration bêta reste dans le noyau de l'atome et augmente le numéro atomique d'une unité.

Décomposition du boson Z

Les bosons Z sont également prédits dans le modèle standard de la physique, qui a réussi à prédire l'existence des bosons W. Les bosons Z se décomposent en fermion et son antiparticule, qui sont des particules telles que les électrons et les quarks qui ont un spin en unités de la moitié de la constante réduite des planches.

Voici un diagramme de la décroissance bêta. "udd" et "n" font référence à un neutron, composé d'un quark supérieur et de deux quarks inférieurs. "udu" et "p" désignent un proton, composé de deux quarks supérieurs et d'un quark inférieur. W- désigne un boson W, qui se décompose en un e- (électron) et un ve avec une ligne au-dessus (un électron antineutrino). Le "t" fait référence au temps.