W及Z玻色子：修订间差异

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| discovered = 1983年（UA1和UA2合作组）
| discovered = 1983年（UA1和UA2合作组）
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| mass = W: 80.385±0.015GeV<br />Z: 91.1876±0.0021GeV
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在[[物理學]]中，'''W及Z玻色子'''（boson）是負責傳遞[[弱核力]]的[[基本粒子]]。它們是1983年在[[歐洲核子研究組織]]發現的，被認為是[[粒子物理]][[標準模型]]的一大勝利。
在[[物理學]]中，'''W及Z玻色子'''（boson）是負責傳遞[[弱核力]]的[[基本粒子]]。它們是1983年在[[欧洲核子研究中心|歐洲核子研究組織]]發現的，被認為是[[粒子物理学|粒子物理]][[標準模型]]的一大勝利。


'''W玻色子'''是因弱核力的“弱”（'''W'''eak）字而命名的。而'''Z玻色子'''則半[[幽默]]地因是“最後一個要發現的粒子”而名。另一個說法是因Z玻色子有零（'''Z'''ero）[[電荷]]而得名。
'''W玻色子'''是因弱核力的“弱”（'''W'''eak）字而命名的。而'''Z玻色子'''則半[[幽默]]地因是“最後一個要發現的粒子”而名。另一個說法是因Z玻色子有零（'''Z'''ero）[[电荷|電荷]]而得名。


== 基本性質 ==
== 基本性質 ==
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== 弱相互作用 ==
== 弱相互作用 ==
[[File:Beta Negative Decay.svg|缩略图|280px|費曼圖β -衰變的一個中子變成質子，以及通过一个瞬间的重[[W玻色子]]衰变成的[[电子]]和[[反電微中子]]]]
[[File:Beta Negative Decay.svg|thumb|280px|費曼圖β -衰變的一個中子變成質子，以及通过一个瞬间的重[[W玻色子]]衰变成的[[电子]]和[[反電微中子]]]]
W和Z玻色子是传递[[弱相互作用]]的媒介粒子，就像[[光子]]是传递[[电磁相互作用]]的媒介粒子一樣。W玻色子在[[核衰變]]過程中擔任一個重要的角色。以[[鈷]]-60的[[β衰變]]為例，
W和Z玻色子是传递[[弱相互作用]]的媒介粒子，就像[[光子]]是传递[[电磁相互作用]]的媒介粒子一樣。W玻色子在[[核衰變]]過程中擔任一個重要的角色。以[[鈷]]-60的[[β衰變]]為例，


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


此反應在[[超新星]]和[[中子彈]]爆炸時是非常重要的。可是它並不需牽涉到整個[[鈷]][[核子]]，而只是它33個[[中子]]其中之一。此[[中子]]在[[衰變]]期間轉變成一個[[質子]]、[[電子]]（又叫[[β粒子]]）和[[反電微中子]]：
此反應在[[超新星]]和[[中子彈]]爆炸時是非常重要的。可是它並不需牽涉到整個[[鈷]][[核子]]，而只是它33個[[中子]]其中之一。此[[中子]]在[[放射性#衰变|衰變]]期間轉變成一個[[質子]]、[[電子]]（又叫[[β粒子]]）和[[反電微中子]]：


: <math>\hbox{n}\to \hbox{p}+\hbox{e}^-+\overline{\nu}_e</math>
: <math>\hbox{n}\to \hbox{p}+\hbox{e}^-+\overline{\nu}_e</math>
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: <math>\hbox{W}^-\to\hbox{e}^-+\overline{\nu}_e</math>
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因Z玻色子是自己的[[反粒子]]，故它的所有[[量子數]]皆為零。交換Z玻色子是一個[[中性流]]作用（Neutral current interaction），而接收和發出Z玻色子的粒子除[[動量]]外甚麼也沒變。要觀測中性流作用需要在[[粒子加速器]]和[[粒子偵察器]]上作很大的投資，故目前世界上只有幾所[[高能物理]]實驗室擁有這些儀器。關於這部分巨額經費的來源，可能有待未來[[尖端科技]]用以轉化一般金屬成[[金]]的技術的突破。
因Z玻色子是自己的[[反粒子]]，故它的所有[[量子數]]皆為零。交換Z玻色子是一個[[中性流]]作用（Neutral current interaction），而接收和發出Z玻色子的粒子除[[動量]]外甚麼也沒變。要觀測中性流作用需要在[[粒子加速器]]和[[粒子偵察器]]上作很大的投資，故目前世界上只有幾所[[粒子物理学|高能物理]]實驗室擁有這些儀器。關於這部分巨額經費的來源，可能有待未來[[尖端科技]]用以轉化一般金屬成[[金]]的技術的突破。


== W和Z玻色子的預測 ==
== W和Z玻色子的預測 ==
[[File:Kaon-box-diagram.svg|缩略图|[[費曼圖]]]]
[[File:Kaon-box-diagram.svg|thumb|[[費曼圖]]]]
於1950年代[[量子電動力學]]的空前成功後，科學家希望為弱核力建立相似的理論。於1968年，這個論調在統一電磁力和弱核力後達到高潮。提出弱電統一的[[谢尔登·格拉肖]]、[[史蒂文·温伯格]]和[[阿卜杜勒·萨拉姆]]因此得到1979年的[[諾貝爾獎|諾貝爾物理學獎]]<ref>{{Cite web |url=http://www.nobel.se/physics/laureates/1979/ |title=存档副本 |accessdate=2004-11-27 |archive-date=2004-08-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20040803075503/http://www.nobel.se/physics/laureates/1979/ |dead-url=no }}</ref>。他們的[[弱電理論]]不止假設了W玻色子的存在來解釋β衰變，還預測有一種未被發現的Z玻色子。
於1950年代[[量子電動力學]]的空前成功後，科學家希望為弱核力建立相似的理論。於1968年，這個論調在統一電磁力和弱核力後達到高潮。提出弱電統一的[[谢尔登·格拉肖]]、[[史蒂文·温伯格]]和[[阿卜杜勒·萨拉姆]]因此得到1979年的[[诺贝尔奖|諾貝爾物理學獎]]<ref>{{Cite web |url=http://www.nobel.se/physics/laureates/1979/ |title=存档副本 |accessdate=2004-11-27 }}</ref>。他們的[[弱電理論]]不止假設了W玻色子的存在來解釋β衰變，還預測有一種未被發現的Z玻色子。


W和Z玻色子有質量，而光子卻沒有——這是弱電理論發展的一大障礙。這些粒子現時以一個SU(2) [[规范理論]]來精確描述，但理論中玻色子必定無質量。譬如，光子無質量是因為電磁力能以一個U(1)规范理論解釋。某些機制必須破壞SU(2)的對稱來給予W和Z玻色子的質量。其中一個解釋是由[[彼得·希格斯]]於1960年代晚期提出的[[希格斯機制]]。它預言了一種新粒子——[[希格斯玻色子]](現今此粒子已被證實存在了)。
W和Z玻色子有質量，而光子卻沒有——這是弱電理論發展的一大障礙。這些粒子現時以一個SU(2) [[规范理論]]來精確描述，但理論中玻色子必定無質量。譬如，光子無質量是因為電磁力能以一個U(1)规范理論解釋。某些機制必須破壞SU(2)的對稱來給予W和Z玻色子的質量。其中一個解釋是由[[彼得·希格斯]]於1960年代晚期提出的[[希格斯機制]]。它預言了一種新粒子——[[希格斯玻色子]](現今此粒子已被證實存在了)。
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== W和Z玻色子的發現 ==
== W和Z玻色子的發現 ==


W和Z粒子的發現是[[歐洲核子研究組織]]的主要成就之一。首先，於1973年，實驗觀察到了弱電理論預測的中性流作用；那時[[加尔加梅勒]]的[[氣泡室]]拍攝到有一些電子突然自行移動的軌跡。這些觀測結果被詮釋為[[中微子]]藉由交換沒有軌跡的Z玻色子與電子互相作用。由於中微子是偵測不到的，因此實驗中-{只}-能看到電子因著交互作用而造成的動量改變。
W和Z粒子的發現是[[欧洲核子研究中心|歐洲核子研究組織]]的主要成就之一。首先，於1973年，實驗觀察到了弱電理論預測的中性流作用；那時[[加尔加梅勒]]的[[氣泡室]]拍攝到有一些電子突然自行移動的軌跡。這些觀測結果被詮釋為[[中微子]]藉由交換沒有軌跡的Z玻色子與電子互相作用。由於中微子是偵測不到的，因此實驗中-{只}-能看到電子因著交互作用而造成的動量改變。


W和Z粒子要到能量夠高的[[粒子加速器]]建立後才正式被發現。第一部這樣的加速器是[[超級質子同步加速器]]，其中[[卡洛·鲁比亚]]和[[西蒙·范德梅尔]]在1983年一月進行的一連串實驗給出了明顯的W粒子證據。這些實驗稱作“UA1”（由鲁比亚主導）和“UA2”，且為眾多人合作的努力成果。范德梅尔是加速器方面的驅策者（[[隨機冷卻]]）。UA1和UA2在幾個月後（1983年五月）找到Z粒子。很快地鲁比亚和范德梅尔因而得到1984年的[[諾貝爾物理學獎]]<ref>{{Cite web |url=http://www.nobel.se/physics/laureates/1984/ |title=存档副本 |accessdate=2004-11-27 |archive-date=2004-08-03 |archive-url=https://web.archive.org/web/20040803075707/http://www.nobel.se/physics/laureates/1984/ |dead-url=no }}</ref>，這可算是保守的諾貝爾獎基金會自成立以來相當不尋常迅速的一次。
W和Z粒子要到能量夠高的[[粒子加速器]]建立後才正式被發現。第一部這樣的加速器是[[超級質子同步加速器]]，其中[[卡洛·鲁比亚]]和[[西蒙·范德梅尔]]在1983年一月進行的一連串實驗給出了明顯的W粒子證據。這些實驗稱作“UA1”（由鲁比亚主導）和“UA2”，且為眾多人合作的努力成果。范德梅尔是加速器方面的驅策者（[[隨機冷卻]]）。UA1和UA2在幾個月後（1983年五月）找到Z粒子。很快地鲁比亚和范德梅尔因而得到1984年的[[诺贝尔物理学奖|諾貝爾物理學獎]]<ref>{{Cite web |url=http://www.nobel.se/physics/laureates/1984/ |title=存档副本 |accessdate=2004-11-27 }}</ref>，這可算是保守的諾貝爾獎基金會自成立以來相當不尋常迅速的一次。


== 参考资料 ==
== 参考资料 ==
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<references />

== 外部連結 ==
== 外部連結 ==
* [http://pdg.lbl.gov/ 粒子物理學回顧（The Review of Particle Physics）] ：粒子性質資訊的首要來源。
* [http://pdg.lbl.gov/ 粒子物理學回顧（The Review of Particle Physics）] ：粒子性質資訊的首要來源。
* [https://web.archive.org/web/20050416075202/http://intranet.cern.ch/Chronological/Announcements/CERNAnnouncements/2003/09-16WZSymposium/Courier/HeavyLight/Heavylight.html CERN的W和Z粒子網頁]
* [http://intranet.cern.ch/Chronological/Announcements/CERNAnnouncements/2003/09-16WZSymposium/Courier/HeavyLight/Heavylight.html CERN的W和Z粒子網頁]


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取自“https://www.qiuwenbaike.cn/wiki/W及Z玻色子”