Varianta Z
Vítejte ve Variantě Z. Dovíte se tu, co je to boson Z a jak je důležitý pro pochopení našeho světa a vesmíru. Budete analyzovat skutečná data z detektoru ATLAS na urychlovači LHC (Large Hadron Collider - Velký srážeč hadronů) v CERN. Než se do toho pustíte, provedeme vás světem toho nejmenšího, co lidé zatím poznali - elementárních částic. Uvidíte, jak částice vznikají při srážkách protonů s protony na LHC, a naučíte se identifikovat je s pomocí detektoru ATLAS. Nakonec uskutečníte opravdové fyzikální měření na reálných datech zaznamenaných detektorem ATLAS - budete hledat boson Z a změříte jeho hmotnost. Dokonce zjistíte, že jste zvládli nástroje a techniku pro objevování dosud neznámých částic!

Nejprve ale něco o bosonu Z:



Elektricky neutrální boson Z a elektricky nabité bosony W+ a W- jsou zprostředkující částice slabé interakce, podobně jako například foton zprostředkuje elektromagnetickou sílu. Bosony W mohou za radioaktivitu beta, protože přeměňují neutrony na protony nebo naopak. Jak funguje radioaktiovita na úrovni elementárních částic se dovíte zde.

Role bosonu Z je poněkud méně přímočará, ale rozhodně ne méně důležitá.


K čemu je tedy boson Z dobrý? Víme, že neutrina interagují i mezi sebou navzájem, a to by bez bosonu Z nešlo! Neutrina nenesou elektrický náboj, takže nemohou sama se sebou interagovat prostřednictvím fotonů, což by byla jediná další možnost z hlediska zákona zachování celkového elektrického náboje.
Boson Z má ve skutečnosti k fotonu úzký vztah. Víme, že k elektromagnetickým interakcím dochází díky fotonům. Foton má nulovou hmotnost, takže může urazit nekonečnou vzdálenost a dva elektrické náboje se navzájem "cítí" i na velkou dálku.
Boson Z je naproti tomu velmi těžký a má velice krátkou dobu života, takže urazí jen nepatrnou vzdálenost. Proto nikdy neuvidíte, na rozdíl od běžného světla složeného z fotonů, "světlo" z bosonů Z. Ačkoli se boson Z v běžném světě okolo nás příliš neprojevuje, v extrémních podmínkách raného vesmíru nebo při explozích supernov se z něj stává "všední" částice a hraje důležitou úlohu.

Crab nebulae

Image Credit: NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU)
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1604.html

Krabí mlhovina, pozůstatek hvězdy, která vybuchla v roce 1054. V extrémních podmínkách jako při výbuchu supernovy se vznikající bosony Z projevují jako "běžné" částice.


Boson Z vzniká také při vysokoenergetických srážkách a vy se o tom v tomto měření můžete přesvědčit. Setkáte se s rozpady bosonu Z na páry nabitých leptonů (elektron-antielektron nebo mion-antimion). Z se může rozpadat i na páry kvark-antikvark nebo, jak jste se před chvílí dověděli, na páry neutrino-antineutrino. Více o rozpadech bosonu Z na neutrina se dovíte zde.



Slyšeli jste o sjednocení elektromagnetické a slabé síly? Při dostatčně vysokých energiích jsou foton a boson Z velmi úzce propojeny. Kdyby boson Z neměl hmotnost, kterou budete mít za úkol změřit (tj. byl nehmotný), foton by podle všeho nebyl nehmotný a nemohl by doletět, kam se mu zachce... Nebylo by žádné světlo a vesmír by byl úplně jiný!