Caminho do Z
Bem vindo ao caminho-Z! Aqui irá aprender sobre o bosão Z0 e a sua importância para a nossa compreensão da natureza. Irá analisar dados reais da experiência ATLAS no "Large Hadron Collider" (LHC) no CERN. Antes de iniciar esta tarefa, iremos conduzi-lo/a através de uma viagem aos blocos mais pequenos conhecidos do homem: as partículas elementares. Verá como estas partículas podem ser produzidas em colisões protão-protão no LHC, e aprenderá como identificar partículas elementares com o Detector ATLAS. Finalmente, irá realizar uma medida de física real, baseada em dados recentes do Detector ATLAS: identificar o bosão Z0 e medir a sua massa! Irá também aperceber-se que domina uma ferramenta para descobrir o desconhecido!

Mas antes, um pouco sobre o nosso amigo, o bosão Z0:



O bosão Z0, electricamente neutro, e os bosões carregados electricamente W+ e W-, são os mediadores da interacção fraca, como por exemplo, o fotão é o mediador da interacção electromagnética. Os bosões W são responsáveis pelos processos radioactivos que transformam um protão num neutrão e vice-versa. Poderá aprender um pouco mais sobre trabalhos de radioactividade ao nível das partículas elementares seguindo esta ligação.

O papel do bosão Z0 é um pouco mais elusivo, mas de todo não menos importante!


Assim, para que serve o bosão Z0? Bem, sabemos que os neutrinos e anti-neutrinos interagem entre si e, sem o bosão Z0, isto seria impossível! Como os neutrinos não têm interacção forte (são leptões como o electrão), nem têm carga eléctrica - não interagem com o fotão - só resta o bosão Z0 para explicar as interacções entre eles (note-se que a massa do neutrino é extremamente pequena e, até 1998, pensava-se que era zero, portanto a interacção gravítica entre neutrinos é totalmente desprezável).
De facto, o bosão Z0 está muito relacionado com o fotão. Você sabe que as interacções electromagnéticas são mediadas por fotões. Como o fotão não tem massa, pode viajar distâncias infinitas e duas cargas eléctricas podem interagir uma com a outra mesmo a distâncias muito grandes.
O bosão Z0, por outro lado, é muito pesado e tem uma vida média muitíssimo pequena e, por isso, viaja apenas uma distância muito curta. Esta é a razão porque é que, ao contrário da luz normal feita de fotões, nós não vemos uma "luz" de bosões Z0. Embora nós não reparemos no bosões Z0 no nosso dia-a-dia, em condições extremas no início do Universo e em explosões de supernovas, o bosão Z0 é uma partícula comum.

Crab nebulae

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

A Nebulosa do Caranguejo, os resíduos de uma estrela supernova que explodiu em 1054. Em condições tão extremas como uma explosão de uma supernova, os bosões Z0 são produzidos como partículas do dia-a-dia.


O bosão Z0 pode ser produzido a altas energias, e você tem uma hipótese de verificar isto seguindo este caminho-Z. Irá reconhecer decaimentos do bosão Z0 em pares de leptões carregados (electrão-positrão e muão-anti-muão). O bosão Z0 também pode decair num par quark-anti-quark ou, como já se viu, num par neutrino-anti-neutrino. Você pode aprender mais sobre o decaimento do bosão Z0 em neutrino-anti-neutrino e a sua importância aqui.



Já ouviu falar da unificação das forças electromagnética e fraca? Bem, a energias suficientemente elevadas, o fotão e o bosão Z0 estão ligados de forma muito próxima. Se o bosão Z0 não tivesse a massa que lhe é pedida para ser medida, o fotão também provavelmente teria massa maior do que zero, não poderia viajar "livremente"...e a luz não existiria!