Z-Boson

Das Z-Boson (Formelzeichen $Z{}^0$) ist ein Eichboson und damit ein Elementarteilchen. Es vermittelt ebenso wie das mit ihm verwandte W-Boson die schwache Wechselwirkung. Während das W-Boson elektrisch geladen ist, ist das Z-Boson neutral. Es ist verantwortlich für die so genannten neutralen Ströme.

Diese wurden im Rahmen der Vereinheitlichten Theorie der elektroschwachen Wechselwirkung in den 1960er Jahren von Sheldon Glashow, Abdus Salam and Steven Weinberg vorausgesagt (die 1979 für diese Theorie den Nobelpreis erhielten)^[2] und kurz darauf mit dem Gargamelle-Experiment am CERN bei der elastischen Neutrino-Streuung an Elektronen beobachtet.^[3] Der direkte Nachweis des Z-Bosons gelang erst im Jahr 1983, als nach einem Umbau des Super Proton Synchrotrons zu einem Protonen-Antiprotonen-Collider eine ausreichende Schwerpunktsenergie zur Verfügung stand.^[4] Zum Nachweis der W- und Z-Bosonen wurden dazu die Detektoren UA1 und UA2 errichtet. Carlo Rubbia und Simon van der Meer erhielten dafür 1984 den Nobelpreis für Physik.^[5]

Ähnlich wie das Photon und im Gegensatz zu den verwandten W-Bosonen vermittelt das Z-Boson eine Wechselwirkung zwischen Teilchen, ohne die Teilchenart (genauer: Flavour) dabei zu verändern. Während das Photon aber nur Kräfte zwischen elektrisch geladenen Teilchen vermittelt, wechselwirkt das Z-Boson auch mit den ungeladenen Neutrinos.

Eine wichtige Nachweisreaktion für solare Neutrinos ist die Spaltung von Deuterium:

${}_1^2\text{D}+\nu \stackrel{{\text{Z}}^0}{⟶}\text{n}+\text{p}+\nu$

Dabei befindet sich in einem großen Wassertank schweres Wasser, welches statt normalem Wasserstoff Deuteriumkerne enthält. Diese werden durch den Energieübertrag von solaren Neutrinos in Neutronen und Protonen gespalten, welche dann nachgewiesen werden können.

Beispielreaktionen des Z-Bosons sind auch unter elektroschwache Wechselwirkung zu finden.

Das Z-Boson zerfällt^[6] mit ca. 70 % bevorzugt in Hadronen, wobei hierbei vor allem Mesonen mit cc- und bb-Anteilen entstehen (siehe Quarkonium), des Weiteren mit etwa 10 % in Paare geladener Leptonen (e⁺e^-, μ⁺μ^- bzw. τ⁺τ^-) und mit etwa 20 % in nicht nachweisbare Teilchen. Da davon ausgegangen wird^[7], dass diese nicht nachweisbaren Teilchen die leichten Neutrinos sind, erlaubt die genaue Messung der totalen und partiellen Zerfallsbreiten des Z-Bosons auch die Bestimmung der Anzahl der Generationen der leichten Neutrinos. Die Auswertung von aktuellen Experimente liefert hierbei einen Wert von 2,92 ± 0,05, der gut mit den drei bisher bekannten Neutrinogenerationen übereinstimmt.

Einzelnachweise

Weblinks

Wiktionary: Z-Boson – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Was sind W&Z-Bosonen? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri. Erstmalig ausgestrahlt am 2. Aug. 2006.