Bosoni W e Z

Il bosone W � una particella elementare, dotata di carica elettrica pari a ±1, una massa di 80,411 GeV,circa 80 volte quella del protone, e un debole isospin dello stesso. Esistono tre versioni del bosone W: a carica positiva, a carica negativa (antiparticelle l'uno dell'altro), e il bosone Z, che non possiede carica. La scoperta del bosone W si ebbe nel 1983, durante una serie di esperimenti condotti da Carlo Rubbia e Simon Van der Meer, presso i laboratori del CERN. Per i loro sforzi furono premiati con il Premio Nobel per la fisica, un anno dopo.

I bosoni W e Z mediano la forza nucleare debole. Il bosone W � meglio conosciuto come mediatore delle reazioni del decadimento nucleare (fissione). Ad esempio:

n → p + e⁻ + ν_e;

(un neutrone decade in protone + elettrone + antineutrino). Questa reazione � conosciuta come decadimento beta. Si verifica anche il processo opposito:

p + e⁻ → n + ν_e

(protone + elettrone danno neutrone + neutrino) ed � chiamato cattura di elettrone. Siccome i protoni non sono particelle fondamentali (sono composti da quark), sono i quark che interagiscono. Il primo esempio � quindi

d → W⁻ + u,

e si ha che W⁻ decade in un elettrone e un neutrino elettronico.

Se i bosoni W e Z posseggano o no una massa � una specie di enigma. W e Z sono accuratamente descritti da una teoria di gauge SU(2)U(1), ma in questo tipo di teoria i bosoni sono senza massa. Il fotone � anch'esso senza massa poich� il fotone e l'elettromagnetismo sono descritti da una teoria di gauge U(1). Alcuni meccanismi sono richiesti per spezzare la simmetria SU(2), attribuendo una massa a W e Z nel processo. Il pi� popolare � chiamato meccanismo di Higgs, e richiede una particella extra, il bosone di Higgs.

La combinazione della teoria di gauge SU(2) descrivente W e Z, dell'interazione elettromagnetica e del meccanismo di Higgs � nota come modello di Glashow-Weinberg-Salam. Glashow, Weinberg, e Salam vinsero il premio Nobel per la fisica nel 1979 per questo lavoro. Al giorno d'oggi questo modello � largamente accettato, ed � stato adottato come parte del modello standard della fisica delle particelle. Attualmente, l'unico pezzo mancante di questo modello � il bosone di Higgs. Il gruppo internazionale di ricerca DELPHI studia le interazioni elettrone-positrone all'acceleratore LEP del CERN per trovare prove dell'esistenza del bosone di Higgs, e migliorare le stime della massa dei bosoni W e Z.

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