Mehr über das Z-Boson

Die Austauschteilchen, welche für die schwache Wechselwirkung verantwortlich sind, sind die drei Botenteilchen W+, W- und Z0-Teilchen. Lass uns etwas genauer schauen, wie ein Z-Boson zerfällt, gleich nachdem es gebildet wurde.

Zerfall des Z-Bosons

Das Z-Boson ist elektrisch neutral. Daher muss auch die Summe der Ladungen seiner Zerfallsprodukte null ergeben. Das besagt das Gesetz über die Ladungserhaltung.

Deshalb zerfällt das Z-Boson in ein Paar aus Teilchen und Antiteilchen. Aufgrund von zusätzlichen Erhaltungsgesetzen entstehen jedoch nicht alle möglichen Paare gleich häufig.

  1. In zehn Prozent der Z-Zerfälle entsteht ein Paar geladener Leptonen: Elektron-Positron, Myon-Antimyon oder Tauon-Antitauon. Alle Paare kommen ungefähr gleich häufig vor.

    • Das ergibt somit drei Möglichkeiten.

  2. In 20 Prozent aller Z-Zerfälle entsteht aus dem Z-Boson ein Paar von elektrisch neutralen Leptonen: ein Neutrino-Antineutrino-Paar. Unser Detektor kann allerdings keine Neutrinos erkennen, da diese mit nahezu keinem Material wechselwirken. Daher sind Neutrinos für uns unsichtbar. Wir können sie allerdings nachweisen, wenn nach der Kollision in der Gesamtbilanz Energie oder transversaler Impuls "fehlen" (das besagt die Energie- und Impulserhaltung).

    • Der Zerfall in Neutrinos ergibt wiederum drei Möglichkeiten.
  3. In 70 Prozent aller Z-Zerfälle entsteht ein Quark-Antiquark-Paar. Diese sind als Bündel von Teilchenspuren zu erkennen, die wir "Jets" nennen. Quarks besitzen eine Eigenschaft, die Farbladung heißt.

  4. Jedes Quark kann in drei Farben vorkommen.

    • Da es sechs verschiedene Quarks gibt, die jeweils in drei Farben vorliegen können, ergibt dies 18 Zerfallsmöglichkeiten.

Somit gibt es insgesamt 24 mögliche Zerfallswege, von denen 21 sichtbar sind. Um es etwsa leichter zu machen, werden wir uns bei der Messung nur auf zwei Zerfallswege konzentrieren, die relativ einfach zu erkennen sind: der Zerfall des Z-Bosons in ein Elektron-Positron-Paar oder in ein Myon-Antimyon-Paar.

Physiker benutzen Feynman-Diagramme, um Entstehung und Zerfall von Teilchen darzustellen. Hier kannst Du mehr über Feynman-Diagramme erfahren. Schau Dir die Feynman-Diagramme vom Zerfall des Z-Bosons in ein Elektron-Positron-Paar oder in ein Myon-Antimyon-Paar an.

Messung des Z-Bosons

Das Z-Boson wurde sehr genau an einem früheren Teilchenbeschleuniger am CERN vermessen, dem LEP (Large Electron-Positron Collider). Der Spitzname des LEP war daher Z-Fabrik! Das Z-Boson ist ein wichtiger Teil in dem Gesamtbild, das wir uns von den Elementarteilchen und ihren Wechselwirkungen gemacht haben. Das Z- und die W-Bosonen vermitteln die schwache Wechselwirkung. Die Theorie besagt, wie sich Z- und W-Bosonen verhalten. Eine der großen Errungenschaften des LEP Experiments war, alle Zerfallswege des Z-Bosons exakt zu vermessen. Dabei wurde bestätigt, dass es genau drei verschiedene Neutrinos gibt und damit drei Familien von Quarks und Leptonen.

Dies ist in Übereinstimmmung mit allen Beobachtungen und daher ein sehr wertvolles Resultat, das dem Z-Boson in Theorie und Experiment genau den Platz zuweist, der unser Weltbild stützt.

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