הצגת המקור של הדף "בוזוני W ו-Z"

{{מידע חלקיק
|תמונה=
|הרכב=[[חלקיק יסודי]]
|סטטיסטיקה=[[בוזון]]
|קבוצת שיוך=[[בוזון כיול]]
|דור=
|אנטי חלקיק=
|סמל=
|מסה1={{SN|1.43|-25}} – {{SN|1.63|-25}}
|מסה2=<br>m<sub>W</sub> ≈ 80.4 [[אלקטרון וולט|GeV/c<sup>2</sup>]]<br>m<sub>Z</sub> ≈ 91.2 GeV/c<sup>2</sup> + 0
|מטען=<span dir="ltr">q<sub>z</sub>=0</span>; <span dir="ltr">q<sub>w<sup>+</sup></sub></span>=[[מטען חשמלי|e]]; <span dir="ltr">q<sub>W<sup>−</sup></sub></span>=−
|ספין=1
|מטען צבע=0
|אינטראקציות=[[הכוח החלש]], [[כבידה]]<br>[[אלקטרומגנטיות]] (בוזוני W)
|קומפוזיציה=
|משך חיים=
|נצפה=כן
|מגלה=[[קרלו רוביה]], [[סימון ואן דר מיר]]
|ניסוי=[[UA1]], [[UA2]]
|מתקן=[[סופר פרוטון סינכרוטרון|SPS]]
|מוסד=[[CERN]]
|הכרה=[[פרס נובל לפיזיקה]] [http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1984 לשנת 1984]
|שם=בוזוני W ו-Z
|תאריך גילוי=1983}}
'''[[בוזון|בוזוני]] W ו-Z''' הם [[חלקיק יסודי|חלקיקים יסודיים]] הנושאים את [[הכוח החלש]]. חלקיקים אלו נחזו על ידי [[המודל הסטנדרטי]] ב[[פיזיקת חלקיקים|פיזיקת החלקיקים]] והתגלו באופן ניסיוני ב-[[CERN]] בשנת [[1983]].

בוזון W נקרא על שם הכוח ה''חלש'' ('''''w'''eak''). נאמר שחלקיק Z נקרא כך משום שהוא החלקיק האחרון שנותר לגלותו, והאות Z היא האחרונה ב[[אלפבית אנגלי|אלפבית האנגלי]]. הסבר אחר הוא שבוזון Z קיבל את שמו מהסיבה ש[[מטען חשמלי|מטענו החשמלי]] הוא ''אפס'' ('''''z'''ero'').

==תכונות בסיסיות==
ישנם שני סוגי בוזוני W, אחד בעל מטען חשמלי <span dir="ltr">+1</span> והשני בעל מטען חשמלי <span dir="ltr">-1</span>; הבוזון <span dir="ltr">W<sup>+</sup></span> הוא ה[[אנטי-חלקיק]] של ה-<span dir="ltr">W<sup>−</sup></span>. בוזון Z (או <span dir="ltr">Z<sup>0</sup></span>) נייטרלי מבחינה חשמלית והוא האנטי-חלקיק של עצמו. [[אורך חיים (פיזיקה)|אורך החיים]] של כל שלושת החלקיקים הוא קצר מאוד, כ-{{SN|3|-25}} שניות.

הבוזונים הללו כבדים באופן יחסי לשאר החלקיקים היסודיים. עם [[מסה]] של 80.4 ו-91.2 GeV/c<sup>2</sup>, בהתאמה, מסתם של בוזוני W ו-Z גדולה פי 100 משל ה[[פרוטון]] - וכבדה יותר מ[[אטום]] ה[[ברזל]]. מסתם של בוזוני W ו-Z חשובה מכיוון שהיא מגבילה את טווח הכוח החלש. ל[[אלקטרומגנטיות|כוח האלקטרומגנטי]], לעומת זאת, יש טווח אינסופי מכיוון שלבוזון שלו (ה[[פוטון]]) אין מסה כלל.

==הכוח החלש==
בוזוני W ו-Z הם הנשאים של הכוח החלש, כמו שהפוטון הוא נשא הכוח האלקטרומגנטי. בוזון W ידוע בעיקר בגלל תפקידו בהתפרקות גרעינית. לדוגמה התפרקות של [[קובלט]]-60, תהליך חשוב בהתפוצצויות [[סופרנובה|סופרנובות]] ו[[פצצת נייטרון|פצצות נייטרון]]:

:<math>{}^{60}_{27}\hbox{Co}\to{}^{60}_{28}\hbox{Ni}+\hbox{e}^-+\overline{\nu}_e</math>

התגובה אינה מערבת את כל ה[[נוקליאון|נוקליאונים]] של הקובלט-60, אלא משפיעה רק על אחד מ-33 ה[[נייטרון|נייטרונים]] שלו. נייטרון זה הופך לפרוטון, ובו בזמן גם פולט [[אלקטרון]] (הנקרא [[חלקיק בטא]] בהקשר זה), ו[[אנטי-נייטרינו]]:

: <math>\hbox{n}\to \hbox{p}+\hbox{e}^-+\overline{\nu}_e</math>

הנייטרון אינו חלקיק יסודי אלא שילוב של חלקיק אחד מסוג [[קווארק למעלה]] (u) ושני חלקיקים מסוג [[קווארק למטה]] (d), כך שהרכבו הוא udd. למעשה, אחד מקווארקי למטה הוא זה המגיב עם בוזון W, בהופכו לקווארק למעלה, ובכך יוצר פרוטון - uud. ברמה הבסיסית ביותר, אם כך, הכוח החלש משנה את טעמו של קווארק יחיד:

: <math>\hbox{d}\to\hbox{u}+\hbox{W}^-</math>

ומיד אחר-כך באה ההתפרקות של ה-<sup>−</sup>W עצמו:

: <math>\hbox{W}^-\to\hbox{e}^-+\overline{\nu}_e</math>

מכיוון שבוזון Z הוא האנטי-חלקיק של עצמו, כל הערכים הקוונטיים שלו הם אפס. משום כך, העברה של בוזון Z בין חלקיקים, הקרויה בשם [[זרם נייטרלי]] ([[:en:Weak neutral current|weak neutral current]]), משאירה אותם ללא שינוי, מלבד העברת [[תנע]]. שלא כמו [[קרינת בטא]], צפייה באינטראקציות זרם נייטרלי דורשת השקעה אדירה ב[[מאיץ חלקיקים|מאיצי חלקיקים]] ובחיישנים, הנמצאים בהישג יד רק במספר מועט של מעבדות בעולם העוסקות ב[[פיזיקה באנרגיות גבוהות]].

==חיזוי הבוזונים==
בהמשך להצלחה המדהימה של [[אלקטרודינמיקה קוונטית|האלקטרודינמיקה הקוונטית]] ב[[שנות ה-50 של המאה ה-20|שנות ה-50]], נעשו מאמצים ליצור תאוריה דומה לכוח החלש. מאמץ זה הגיע לשיא בשנת [[1968]] בתאוריה מאוחדת של הכוח האלקטרומגנטי והכוח החלש, כפי שנוסחה על ידי [[שלדון גלאשו]], [[סטיבן ויינברג]] ו[[עבדוס סלאם]], שזכו על כך ב[[פרס נובל לפיזיקה]]. [[הכוח האלקטרו-חלש|התאוריה האלקטרו-חלשה]] שלהם דרשה לא רק את קיומו של בוזון W, שהיה צריך להיות קיים כדי להסביר את התפרקות הבטא, אלא גם את התקיימות בוזון Z חדש, שטרם נצפה עדיין.

העובדה שלבוזוני W ו-Z יש מסה בעוד שלפוטונים אין הייתה אבן דרך חשובה בפיתוח התאוריה האלקטרו-חלשה. חלקיקים אלו מתוארים במדויק ב[[תורת כיול|תורת הכיול]] (SU(2, אך בוזונים בתורת כיול חייבים להיות נטולי מסה. כך לדוגמה, לפוטון אין מסה כתוצאה מכך שהאלקטרומגנטיות מתוארת על ידי תורת כיול (1)U. דרושה מכניקה מסוימת כדי לשבור את סימטריית תורת הכיול (SU(2 בכל הנודע לבוזוני W ו-Z על-מנת לתת להם מסה. הסבר אחד, [[מכניקת היגס]], הוצע על ידי ברוט ואנגלר וקודמה על ידי [[פיטר היגס]] ב[[שנות ה-60 של המאה ה-20|שנות ה-60]] המאוחרות. מכניקה זו מנבאת את קיומו של חלקיק נוסף, [[בוזון היגס]], אשר התגלה גם הוא ב-CERN בשנת 2012.

השילוב של תיאורית הכוח (SU(2 של הכוח החלש, הכוח האלקטרומגנטי ומכניקת היגס ידועה בשם [[מודל גלאשו-ויינברג-סלאם]]. בימים אלו המודל מקובל בתור אחד מעמודי התווך של [[המודל הסטנדרטי]] של פיזיקת החלקיקים.

==גילוי W ו-Z==
גילוי בוזוני W ו-Z הוא סיפור הצלחה גדול שניתן לזקוף לזכותן של מעבדות [[CERN]]. בתחילה, בשנת [[1973]], הגיע החיזוי של הזרם הנייטרלי על ידי התאוריה האלקטרו-חלשה. [[תא בועות]] אדיר ב-CERN, גרגמל שמו, צילם את מסלוליהם של כמה אלקטרונים שלפתע פתאום החלו לנוע בהתאמה. דבר זה פוענח כ[[נייטרינו]] המגיב עם האלקטרון בהעברת בוזון Z בלתי נראה. אלמלא כך, הנייטרינו היה בלתי ניתן לגילוי, כך שההשפעה הנראית היחידה היא העברת המומנטום לאלקטרון.

גילוי חלקיקי ה-W וה-Z עצמם נאלץ לחכות לבנייתו של מאיץ חלקיקים חזק דיו כדי ליצור אותם. המכונה הראשונה מסוג זה שהייתה מוכנה לפעולה הייתה ה-[[מאיץ הסופר פרוטון סינכרוטרון|SPS]] ([[מאיץ הסופר פרוטון סינכרוטרון|סופר פרוטון סינכרוטרון]]) ב-CERN, היכן שאותות בוזון W ברורים נקלטו בינואר [[1983]] במהלך סדרת ניסויים שנוהלו על ידי [[קרלו רוביה]] ו[[סימון ואן דר מיר]] (הניסוי הראשון היה [[ניסוי UA1]]). הניסויים גילו את בוזון Z מספר חודשים מאוחר יותר, ב[[מאי]] 1983. על תגליתם זו, רוביה וואן-דר-מר זכו ב[[פרס נובל לפיזיקה]] ב-1984.

==ראו גם==
*[[המודל הסטנדרטי]]
*[[מיון החלקיקים]]

==קישורים חיצוניים==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* {{בריטניקה}}
*[https://archive.today/20120717002128/http://pdglive.lbl.gov/Rsummary.brl?nodein=S043 בוזון W] באתר PDGLive
*[http://pdglive.lbl.gov/Rsummary.brl?nodein=S044 בוזון Z]{{קישור שבור|date=יוני 2020 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }} באתר PDGLive
*{{דוידסון|ארז גרטי|חלקיקי החומר – בוזונים חלשים|maagarmada/physics/חלקיקי-החומר-–-בוזונים-חלשים|4 ביולי 2011}}
* {{הארץ|גדעון לב|מדידה חריגה מציבה סימן שאלה מעל המודל הבסיסי ביותר של הפיזיקה|1.10727482|7 באפריל 2022}}

{{חלקיקים}}
{{המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים}}

[[קטגוריה:בוזונים]]
[[קטגוריה:הכוח החלש]]