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Bosoni W e Z: differenze tra le versioni

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| caption =
| num_types =
| composizione = [[ParticellaParticelle elementareelementari]]
| famiglia = [[Bosone (fisica)|BosoneBosoni]]
| gruppo = [[BosoneBosoni di gauge]]
| famigliainterazione = [[BosoneInterazione vettoredebole]]
| interazione = [[interazione debole]]
| teorizzata = [[Sheldon Glashow|Glashow]], [[Steven Weinberg|Weinberg]], [[Abdus Salam|Salam]] ([[1968]])
| scoperta = collaborazioneCollaborazione [[UA1]] e [[UA2]], [[1983]]
| simbolo = {{Particella subatomica|Bosone W+-}} e {{Particella subatomica|Bosone Z0}}
| simbolo = W<sup>±</sup> e Z<sup>0</sup>
| massa = W: 80,385±0,015&nbsp;[[GeV]]/[[velocità della luce|c]]<sup>2</sup> [http://lepewwg.web.cern.ch/LEPEWWG/ LEP EWWG Home Page]<br /> Z: 91,1876±0,0021&nbsp;[[GeV]]/[[velocità della luce|c]]<sup>2</sup> [http://pdglive.lbl.gov/Rsummary.brl?nodein=S044&fsizein=1 PDGLive Particle Summary]
| decay_time =
| decay_particle =
| carica_elettrica = ''W<sup>±</sup>'': ±1&nbsp;[[carica elementare|e]]<br /> ''Z'': 0&nbsp;[[carica elementare|e]]
| color_charge =
| spin = 1
| num_spin_states =
|Sottofamiglia=}}
}}
 
I '''bosoni W e Z''' sono i [[Bosone di gauge|bosoni di gauge]] della [[interazione 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 ==
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[[File:Beta Negative Decay.svg|thumb|left|upright=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.]]
I processi mediati da W<sup>+</sup> e W<sup>-</sup> si dicono processi di corrente di [[carica debole]] in quanto i bosoni possono aumentare o diminuire di un'unità la [[carica elettrica]] della particella generata dal processo rispetto a quella della particella iniziale. Essi possono inoltre cambiare il [[Sapore (fisica)|sapore]] delle particelle coinvolte. I processi in cui interviene Z sono detti processi di [[corrente debole neutra]] e non implicano né un cambiamento di [[carica elettrica]] né di [[Sapore (fisica)|sapore]].
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]]:
 
<math>\hbox{n}\to \hbox{p}+\hbox{e}^-+\overline{\nu}_e</math>
 
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<sup>-</sup>:
 
: <math>\hbox{d}\to \hbox{u}+\hbox{W}^-</math>
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== 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 cinquanta del [[XX secolo|Novecento]] per la descrizione dei processi elettromagnetici allacoerente lucecon dellala [[meccanica quantistica]]) e che si riconducesse alla [[Interazione deboledi Fermi|teoria di Fermi dell'interazione debole]]. Il culmine di questo sforzo si ebbe alla fine degli anni sessanta, quando [[Sheldon Glashow]], [[Steven Weinberg]] e [[Abdus Salam]] proposero 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 furono la prima valida conferma della teoria elettrodebole.
 
Il fatto che i bosoni W e Z siano molto massivi fu 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'elettrodinamica quantistica, descritta 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 [[Premio Nobel per la fisica]] nel [[1979]] e tale modello costituisce attualmente uno dei pilastri del [[Modello Standard]].
 
== Interazione del bosone di Higgs ==
Consideriamo il gruppo di simmetria introdotto da [[Sheldon Lee Glashow|Glashow]]: <math> SU_L(2) \times U_Y(1) </math>.
 
Per effettuare una trasformazione di fase locale di tale gruppo, introduciamo una opportuna [[derivata covariante]]:
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== Osservazioni dirette ==
[[File:Carlo_Rubbia_2012.jpg|thumb|[[Carlo Rubbia]], [[premio Nobel per la Fisica|Premio nobel per la fisica 1984]] assieme a [[Simon van der Meer]] per la rilevazione sperimentale dei bosoni W e Z]]
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]] (condotto 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]].
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.
Questi collisori sono stati anche utilizzati, senza successo, per la ricerca di tracce indirette del bosone di Higgs, mentre le tracce di una particella compatibile con tale bosone sono state osservate in esperimenti condotti con il più potente [[Large Hadron Collider]] (LHC) al [[CERN]].
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# [[tauone|tau]], [[neutrino]] tauonico, [[quark bottom]] (o beauty), [[quark top]] (o truth).
 
== Bosoni W e Supersimmetriesupersimmetrie ==
Un problema relativo ai bosoni W<sup>+</sup> è che, secondo il modello di [[supersimmetria]] [[SU(5)]], ad energie di 1 [[elettronvolt|TeV]] un bosone W<sup>+</sup> ha probabilità maggiore di 1 di diffondere un altro bosone W<sup>+</sup>: 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.
 
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== Voci correlate ==
 
* [[Bosone (fisica)]]
* [[Bosone vettore]]
* [[Bosone di Higgs]]
* [[BosoniBosone vettorivettore assialiassiale]]
* [[Bosoni X e Y]]
* [[Forza nucleareInterazione debole]]
 
* [[Lista delle particelle]]
== Altri progetti ==
* [[Mesone]]
{{interprogetto}}
 
== Collegamenti esterni ==
* {{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
 
{{particelle}}
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[[Categoria:Bosoni di gauge]]
[[Categoria:Modello standard]]
Estratto da "https://it.wikipedia.org/wiki/Bosoni_W_e_Z"