Рождение и распад Z - базонов

процесса показана на рис. 9.9.

                                                         

Z

 

  

Рис. 9.10: Диаграмма рож-

дения Z-бозонов в столкновениях

 

На коллайдере LЕР энергии электронного и позитронного пучков подбирались таким образом, чтобы в сумме они были равны массе Z-бозона.

При этом сечение образования Z-бозона повышается на несколько порядков по сравнению с сечениями образования любых других частиц (резонансный эффект).

В протон-протонных столкновениях, которые будут происходить

на LHC, основные диаграммы рождения Z-бозона те же, что и в слу-

чае протон-антипротонных столкновений. Имеется только одно от-

личие. В протон-антипротонных столкновениях антикварки входили

в состав антипротона, в то время как в протон-протонных столкно-

вениях антикварки возникают из кваркового “моря”. Однако свети-

мость LНС гораздо выше светимости SррS, поэтому даже в этом

случае Z-бозонов на LНС будет рождаться на несколько порядков

больше, чем на SррS.

 

 

 

 

4. Распады промежуточных бозонов.

Определение массы Z-бозона

Слабое взаимодействие переносится массивнымиW- и Z-бозонами.

Обмен заряженнымиW+иW−-бозонами приводит к изменению элек-

трического заряда взаимодействующих фермионов. Эти процессы

происходят за счет заряженных токов. Примерами таких процессов

являются изображенные на рис. 9.11 распады мюона и нейтрона.

Обмен Z-бозоном не приводит к изменению электрического за-

ряда фермионов. Эти процессы слабого взаимодействия происходят

за счет нейтральных токов. Пример такого процесса показан на ри-

сунке 9.12a. Эта диаграмма отражает процесс упругого рассеяния

нейтрино на электроне. В упругом рассеянии лептонов участвуют и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                  

                d          d

                             n u   u p

W                                                                                   d                              u

 

                                                                           

 

 

a б

Рис. 9.11: Диаграммы распадов мюона (а) и нейтрона (б)

заряженные токи (рисунок 9.12б).

Взаимодействие лептонов и кварков также может быть обуслов-

лено нейтральными токами (рисунок 9.13).

Нейтральные слабые токи, т.е. события типа изображенного на

рис. 9.12а, были экспериментально обнаружены в 1973 г. и свидетель-

ствовали в пользу существования, помимо заряженных промежуточ-

ных W-бозонов, также нейтральных Z-бозонов _ переносчиков сла-

бого взаимодействия. Через 10 лет как заряженные W− так и ней-

тральные Z-бозоны были открыты в протон-антипротонных столк-

новениях в СЕRN.

Промежуточные бозоны имеют большую массу. Они быстро рас-

падаются (или, что эквивалентно, имеют большие ширины распада).

В таблице 16 приведены основные характеристики промежуточных

W и Z-бозонов и указаны основные каналы их распадов.

Изображенные на диаграммах 9.11–9.13 промежуточные бозоны

являются в этих процессах виртуальными частицами (т.е. для них не

выполняется соотношение , хотя законы сохранения

энергии и импульса выполняются для процесса в целом).

Однако все дискретные законы сохранения соблюдаются в любой

вершине. На рисунке 9.14 показаны диаграммы распадов промежуточных бозонов.

 

    v                   u                                        v                      

                              Z W

                                                          v

            а                                                  б

Рис. 9.12: Диаграммы упругого рассеяния с обменом Z- и W-бозонами

 

           (лейптон)         (лейптон)

 

Z

q q

 

Рис. 9.13: Диаграмма взаимодействия лептона и кварка с обменом

Z-бозоном

                                                                                    

                  и.т.д

 

 

                          Z Z Z Z

                и.т.д

 

Рис. 9.14: Диаграммы распада и Z-бозонов

Распад W− или Z-бозона на кварк и антикварк приводит к воз-

никновению двух струй (jets), поскольку родившиеся в этом процес-

се «токовые» кварки немедленно обрастают множеством «морских»

кварковых пар и формируют адроны, потоки которых и наблюдаются в детекторах в виде струй.

Распады промежуточных бозонов с рождением заряженных леп-

тонов позволяют определить массы промежуточных бозонов с бо-

лее высокой точностью. В этом отношении распад Z-бозона на пары

заряженных лептонов e+e− и μ+μ− особенно удобен: энергии и им-

пульсы обеих частиц, рождающихся в распаде, можно установить с

высокой точностью. Импульс p Z-бозона является суммой импульсов

заряженных лептонов (). В декартовых координатах:

                             

                E=

Определение масс промежуточных бозонов по анализу частиц в

струях менее точно, поскольку среди множества вторичных частиц

некоторые ненаблюдаемы. Обычно это нейтральные частицы, кото-

рые не успевают распасться на заряженные вторичные продукты,

или нейтрино от распада некоторых заряженных адронов в струе