Открытие промежуточных бозонов

    W^±- и Z-бозоны были открыты в экспериментах, выполненных на ускорителе ЦЕРНа на встречных протон-антипротонных пучках.
    Образование  W^± и Z искали в инклюзивных процессах типа

+ p → W^± + X  и  + p → Z + X.

Схематически процессы рождения W^± и Z на адронном коллайдере и их последующего распада показаны на рис.1.

Рис. 1.

Образование W⁺ происходит в результате столкновения u-кварка протона с -антикварком антипротона. Образующийся W⁺-бозон затем регистрируется по одному из характерных каналов распада

W⁺ → e⁺ + ν_e.

Такой канал распада позволяет выделить образование W⁺ из большого фона адронов, образующихся при столкновении  p. Один из возможных каналов образования и распада W⁺-бозона показан на рис. 2.

+ p → e⁺ + ν_e + π⁺ + π⁻ + π⁻ + π⁰.

Для образования W^- и Z можно нарисовать аналогичные диаграммы (рис.3-4).

+ p → e⁻ + _e + π⁺ + π⁻ + π⁺ + π⁰.

+ p → e⁻ + e⁺ + π⁺ + π⁻ + π⁰ + π⁰.

Величина сечений реакций образования W^± и Z при энергии сталкивающихся  p пучков 2×270 ГэВ составляла 1 нб или 10^-8 от полного сечения   p взаимодействия. В первом эксперименте было зарегистрировано около 10 событий на 10⁹ событий p столкновений.
    Были также с большой точностью измерены разности масс W⁺- и W⁻-бозонов и W- и Z-бозонов.

m(W⁺) - m(W⁻) = -0.2 + 0.6 ГэВ,
m(W) - m(Z) = 10.85 + 0.15 ГэВ.

    Особый интерес для определения числа поколений кварков и лептонов представляют измерения ширин различных каналов распада Z-бозона. Точное знание величины ширины распада Z-бозона важно для определения числа поколений кварков и лептонов.

Г(e⁻e⁺) = 83.83 + 0.27 МэВ,
Г(ν) = 498.3 + 4.2 МэВ,
Г(μ⁻μ⁺)/Г(e^-e⁺) = 1.000 + 0.005,
Г(τ⁻τ⁺)/Г(e^-e⁺) = 0.998 + 0.005,
Г(адроны) = 1740.7 + 5.9 МэВ.

Подробнее см. Пример современного эксперимента: открытие W- и Z-бозонов

18.01.17