Z-Διαδρομές
Καλώς ήρθες στη Z-διαδρομές! Εδώ θα μάθεις για το σωματίδιο Ζ και τη σημασία του στην κατανόηση της Φύσης. Θα αναλύσεις τα πραγματικά στοιχεία του ATLAS από τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN. Όμως, πριν από αυτή τη δουλειά, θα σε οδηγήσουμε σε ένα ταξίδι που θα καταλήξει στην ελάχιστη δομή που είναι γνωστή στον άνθρωπo: τα στοιχειώδη σωματίδια. Θα μάθεις πώς αυτά παράγονται στις συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου στον LHC, και θα μάθεις πώς να ταυτοποιείς τα στοιχειώδη σωματίδια στον ανιχνευτή ATLAS. Τέλος, θα κάνεις πραγματικές μετρήσεις φυσικής σε νέα δεδομένα από τον ανιχνευτή ATLAS: ταυτοποίηση του σωματιδίου Ζ και μέτρηση της μάζας του! Θα συνειδητοποιήσεις, τέλος, ότι μόλις απόκτησες τον έλεγχο ενός εργαλείου που θα σε βοηθήσει να ανακαλύψεις το άγνωστο!

Αλλά πρώτα, λίγα περισσότερα για το φίλο μας, το σωματίδιο Z:



Το ουδέτερο σωματίδιο Ζ και τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια W+ και W- αποτελούν τους φορείς της ασθενούς αλληλεπίδρασης, όπως π.χ. το φωτόνιο είναι ο φορέας της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Τα σωματίδια W είναι υπεύθυνα για την ραδιενέργεια μετατρέποντας ένα πρωτόνιο σε ένα νετρόνιο, και το αντίθετο. Μπορείς να μάθεις πιο πολλά για την ραδιενέργεια ακολουθώντας αυτόν τον σύνδεσμο .

Ο ρόλος του σωματιδίου Z είναι κάπως φευγαλέος, αλλά καθόλου λιγότερο σημαντικός!


Σε τι, λοιπόν, είναι καλό ένα σωματίδιο Ζ; Ξέρουμε ότι τα νετρίνο αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, και χωρίς το σωματίδιο Ζ κάτι τέτοιο θα ήταν αδύνατο! Αφού, λοιπόν, τα νετρίνο δεν έχουν ηλεκτρικό φορτίο δεν μπορούν να αυτο-αλληλεπιδράσουν μέσω ενός φωτονίου, πράγμα που θα ήταν η μοναδική εναλλακτική κατάσταση.
Στην πραγματικότητα, το σωματίδιο Ζ συνδέεται στενά με το φωτόνιο. Ξέρεις ότι οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις διαδίδονται μέσω των φωτονίων. Επειδή το φωτόνιο είναι άμαζο, μπορεί να διανύει ατελείωτες αποστάσεις και δύο ηλεκτρικά φορτία μπορούν να αισθανθούν το ένα το άλλο ακόμα και σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.
Απ' την άλλη μεριά, το σωματίδιο Ζ είναι πολύ βαρύ και έχει μια πολύ σύντομη ζωή και, έτσι, στο ταξίδι του διανύει μία πολύ μικρή απόσταση. Γι' αυτό το λόγο, σε αντίθεση με το φως (που δημιουργείται από φωτόνια), δεν μπορείς να δεις "φως" των σωματιδίων Ζ. Αν και στην καθημερινή μας ζωή δεν πολυσυναντάμε το σωματίδιο Ζ, στις ακραίες συνθήκες του πρώιμου Σύμπαντος και των εκρήξεων σουπερνόβα, το σωματίδιο Ζ είναι ένα “καθημερινό” σωματίδιο.

Crab nebulae

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

Το Crab Nebula, τα υπολείμματα ενός αστεριού που εξεράγει το 1054. Σε τέτοιες ακραίες συνθήκες όπως μία έκρηξη σουπερνόβα, τα σωματίδια Ζ παράγονται σαν “καθημερινά” σωματίδια.


Το σωματίδιο Ζ παράγεται σε υψηλές ενέργειες και έχεις την ευκαιρία να πεισθείς ακολουθώντας τη διαδρομή Ζ! Θα διαπιστώσεις τη διάσπαση του σωματίδιου Ζ σε ένα ζεύγος φορτισμένων λεπτονίων (ηλεκτρόνιο-αντιηλεκτρόνιο και μιόνιο-αντιμιόνιο). Το Ζ μπορεί επίσης να διασπαστεί σε ένα ζεύγος κουάρκ, και όπως μόλις έμαθες, ένα ζεύγος νετρίνο (νετρίνο-αντινετρίνο). Μπορείς να διαβάσεις περισσότερα για την μετάπτωση του σωματιδίου Ζ σε νετρίνο-αντινετρίνο και τη σημασία του εδώgt.



Έχεις ακούσει για την ενοποίηση των ηλεκτρομαγνητικών και ασθενών δυνάμεων; Λοιπόν, σε αρκετά υψηλές ενέργειες, το φωτόνιο και το σωματίδιο Ζ είναι στενά συνδεδεμένα. Αν το σωματίδιο Ζ δεν είχε τη μάζα που πρέπει εσύ να μετρήσεις, το φωτόνιο πιθανότατα δεν θα ήταν άμαζο και ελεύθερο να ταξιδεύει όπου ήθελε .... και δεν θα υπήρχε φως!