Bosoni W e Z: differenze tra le versioni

| composizione = [[ParticellaParticelle elementareelementari]]

| famiglia = [[Bosone (fisica)|BosoneBosoni]]

| gruppo = [[BosoneBosoni di gauge]]

| famigliainterazione = [[BosoneInterazione vettoredebole]]

| scoperta = collaborazioneCollaborazione [[UA1]] e [[UA2]], [[1983]]

| massa = W: 80,385±0,015&nbsp;[[GeV]]/[[velocità della luce|c]]² [http://lepewwg.web.cern.ch/LEPEWWG/ LEP EWWG Home Page]<br /> Z: 91,1876±0,0021&nbsp;[[GeV]]/[[velocità della luce|c]]² [http://pdglive.lbl.gov/Rsummary.brl?nodein=S044&fsizein=1 PDGLive Particle Summary]

| carica_elettrica = ''W^±'': ±1&nbsp;[[carica elementare|e]]<br /> ''Z'': 0&nbsp;[[carica elementare|e]]

I '''bosoni W e Z''' sono i [[Bosone di gauge|bosoni di gauge]] mediatori della [[forza nucleareinterazione debole]].

In quanto [[Bosone (fisica)|bosoni]] con [[spin]] pari dia gauge1, appartengono alla famigliaclasse dei [[Bosone vettore|bosoni vettori]]. e vengonoVengono definiti anche ''Bosonibosoni vettori intermedi'' e ''astenoni''.

== Proprietà ==

== I bosoni W, Z e l'interazione debole ==

[[ImmagineFile:Beta Negative Decay.svg|thumb|left|280pxupright=1.3|Il [[diagramma di Feynman]] per il decadimento beta di un neutrone in un protone, un elettrone e un antineutrino elettronico tramite un bosone W.]]

Il bosone W è maggiormente conosciuto per il suo ruolo nelle reazioni nucleari, che avvengono tramite [[decadimento beta]] dei [[neutroni]] del [[nucleo atomico]], per il quale un [[neutrone]] è convertito in un [[protone]] con l'emissione di un [[elettrone]] (che in questo contesto è detto [[particella betaβ]]) e un [[antineutrino]]:

Il neutrone e il protone non sono particelle fondamentali, bensì composte da tre [[quark (particella)|quark]]; in particolare, il neutrone è formato da due [[quark down]] e un [[quark up]] (ddu) e il protone da due quark up e un quark down (uud). A questo livello, il decadimento beta è dato dunque da un quark d che cambia sapore e diventa un quark u, con l'emissione di un W^-:

== Predizione teorica dei bosoni W e Z ==

L'introduzione dei bosoni W e Z nelle teorie fisiche discende dal tentativo di costruire un modello per descrivere l'interazione debole che fosse simile all'efficace teoria dell'[[elettrodinamica quantistica]], (sviluppata negli anni 1950cinquanta del [[XX secolo|Novecento]] per renderela contodescrizione dei processi elettromagnetici coerente con la [[meccanica quantistica]]) e che si riconducesse alla ben nota [[Interazione deboledi Fermi|teoria di Fermi dell'interazione debole]]. Il culmine di questo sforzo si è avutaebbe alla fine degli anni 1970sessanta, quando [[Sheldon Glashow]], [[Steven Weinberg]] e [[Abdus Salam]] propongonoproposero la [[teoria elettrodebole]], che vede unificate in un'unica interazione la [[forza debole]] e quella [[Forza elettromagnetica|elettromagnetica]]. Tale teoria, oltre a prevedere i bosoni W per mediare il decadimento beta, postulava un secondo bosone vettore, il bosone Z. I risultati del rivelatore [[Gargamelle]] al [[CERN]] sono statifurono la prima valida conferma della teoria elettrodebole.

Il fatto che i bosoni W e Z siano molto massivi mentre il fotone è privo di massa è statofu uno dei principali ostacoli allo sviluppo della teoria elettrodebole. Essa infatti è una [[teoria di gauge]] [[SU(2)]]<math>\otimes</math>[[U(1)]], ma nelle teorie di gauge i bosoni sono senza massa, (come accade per il [[fotone]] nell'elettromagnetismoelettrodinamica quantistica, descrittodescritta da una teoria di gauge [[U(1)]]). Il modo in cui si genera una massa senza rinunciare alla [[simmetria di gauge]] della teoria è detto [[rottura spontanea di simmetria]] e la più accreditata spiegazione di questo processo è il [[meccanismo di Higgs]]. Tale meccanismo prevede l'esistenza di un'ulteriore particella, il [[bosone di Higgs]].

La combinazione della teoria di gauge SU(2)<math>\otimes</math>U(1) per l'interazione elettrodebole e del meccanismo di Higgs è nota come modello di Glashow-Weinberg-Salam. Per questo lavoro, i tre fisici vinsero il [[premioPremio Nobel]] per la fisica]] nel [[1979]] e tale modello costituisce attualmente uno dei pilastri del [[Modello Standard]] della fisica delle particelle.

Consideriamo il gruppo di simmetria introdotto da [[Sheldon Lee Glashow|Glashow]]: <math> SU_L(2) \times U_Y(1) </math>.

== Osservazioni dirette ==

L'osservazione diretta dei bosoni W e Z è stata possibile solo in seguito alla costruzione di acceleratori abbastanza potenti da produrre queste particelle così massive. Il primo segnale di W si ebbe nel gennaio del [[1983]] grazie all'utilizzo dell'acceleratore SPS ([[Super Proton Synchrotron]]) del CERN durante gli esperimenti [[UA1]] (guidato da [[Carlo Rubbia]]) e [[UA2]], realizzati grazie agli sforzi di una grande collaborazione di scienziati. Pochi mesi più tardi avvenne l'osservazione di Z. Tali risultati sono stati possibili grazie all'introduzione da parte di [[Simon van der Meer]] della tecnica del [[raffreddamento stocastico]]. La scoperta fu così sensazionale che Rubbia e van Der Meer furono insigniti del Premio Nobel per la fisica soltanto un anno dopo i loro sforzi, con una tempistica decisamente accelerata rispetto a quelle usuali della Fondazione Nobel.

La successiva costruzione di [[Acceleratore di particelle|collisori]] [[elettrone]]-[[positrone]] come LEP (CERN),il [[StanfordLarge LinearElectron-Positron Collider]] ([[CERN), e lo Stanford Linear AcceleratorCollider Center([[SLAC]]) e di più potenti collisori protone-antiprotone (come [[Tevatron]] al [[Fermilab]]) alla fine degli anni 1980, in grado di raggiungere energie maggiori rispetto a quelle a disposizione con SPS, ha permesso una più elevata produzione dei bosoni W e Z e dunque uno studio più approfondito delle loro proprietà.

== Bosoni W e Supersimmetriesupersimmetrie ==

Un problema relativo ai bosoni W⁺ è che, secondo il modello di [[supersimmetria]] [[SU(5)]], ad energie di 1 [[elettronvolt|TevTeV]] un bosone W⁺ ha probabilità maggiore di 1 di diffondere un altro bosone W⁺: il che è come dire che, comunque si spari, si farà centro sul bersaglio. Si spera che con l'osservazione del [[bosone di Higgs]] si possa [[rinormalizzazione|rinormalizzare]] la previsione, portando la probabilità a valori minori di 1.

* {{en}} [http://pdg.lbl.gov/ The Review of Particle Physics] {{en}} le informazioni più aggiornate sulle proprietà delle particelle.

* {{en}} [https://web.archive.org/web/20050416075202/http://intranet.cern.ch/Chronological/Announcements/CERNAnnouncements/2003/09-16WZSymposium/Courier/HeavyLight/Heavylight.html W and Z] {{en}} tra le pagine del CERN