Quelltext der Seite Z-Boson

{{Infobox Teilchen
 | name= Z<sup>0</sup>
 | klassifikation= [[Elementarteilchen]]<br />[[Boson]]<br />[[Eichboson]]
 | hauptquelle=<ref name="PDG" />
 | wechselwirkung= [[Schwache Wechselwirkung|schwach]]<br />[[Gravitation]]
 | ladung_e= 0
 | masse_u=
 | masse_kg=1,626&nbsp;·&nbsp;10<sup>−25</sup>
 | ruheenergie_gev= 91,1880(20)
 | spinzahl= 1
 | paritaet= 
 | lebensdauer_s=2,6&nbsp;·&nbsp;10<sup>−25</sup>
 | zerfallsbreite_gev= 2,4955(23)
 | bild= 
}}
Das '''Z-Boson''' ([[Formelzeichen]] <math>Z^0</math>) ist ein [[Eichboson]] und damit ein [[Elementarteilchen]]. Es vermittelt ebenso wie das mit ihm verwandte [[W-Boson]] die [[schwache Wechselwirkung]]. Während das W-Boson [[elektrische Ladung|elektrisch geladen]] ist, ist das Z-Boson neutral. Es ist sein eigenes [[Antiteilchen]].

Ähnlich wie das [[Photon]], aber anders als die [[W-Boson]]en, vermittelt das Z-Boson eine Wechselwirkung zwischen [[Teilchen]], ohne dabei deren Art (genauer: [[Flavour]]) zu ändern. Während das Photon nur Kräfte zwischen elektrisch geladenen Teilchen vermittelt, wechselwirkt das Z-Boson auch mit den ungeladenen [[Neutrino]]s.

== Entdeckungsgeschichte ==
Das Z-Boson ist verantwortlich für die [[Schwache Wechselwirkung #Neutrale Ströme|neutralen Ströme]]. Diese wurden im Rahmen der Vereinheitlichten Theorie der [[Elektroschwache Wechselwirkung|elektroschwachen Wechselwirkung]] in den 1960er&nbsp;Jahren von [[Sheldon Glashow]], [[Abdus Salam]] und [[Steven Weinberg]] vorausgesagt (die 1979 für diese Theorie den [[Nobelpreis für Physik]] erhielten)<ref name="nobel1979" />
und kurz darauf mit dem [[Gargamelle]]-Experiment am [[CERN]] bei der [[Elastischer Stoß|elastischen]] [[Neutrino]]-[[Streuung (Physik)|Streuung]] an Elektronen beobachtet.<ref name="neutr-strom" />

Der direkte Nachweis des Z-Bosons gelang erst 1983, als nach einem Umbau des [[Super Proton Synchrotron]]s zu einem [[Proton]]en-[[Antiproton]]en-[[Collider]] eine ausreichende [[Schwerpunktsenergie]] zur Verfügung stand.<ref name="nachweis" />
Zum Nachweis der W- und Z-Bosonen wurden dazu die [[Teilchendetektor|Detektoren]] [[UA1-Detektor|UA1]] und UA2 errichtet. [[Carlo Rubbia]] und [[Simon van der Meer]] erhielten dafür 1984 den Nobelpreis.<ref name="nobel1984" />

== Beispielreaktion ==
Eine Reaktion, bei der das Z-Boson eine wichtige Rolle spielt, ist beispielsweise folgende Nachweisreaktion für [[Sonne|solare]] Neutrinos, die nicht vom Neutrinotyp abhängt:

:<math>{}^2_1\mbox{D} + \nu \; \overset{\mbox{Z}^0}{\longrightarrow} \; \mbox{n} + \mbox{p} + \nu</math>

Das Z-Boson überträgt dabei so viel [[Bewegungsenergie]] des einfallenden Neutrinos <math>\nu</math> auf einen [[Atomkern]] von [[Deuterium]] <math>{}^2_1\mbox{D}</math>, dass die [[Bindungsenergie]] des Kerns überwunden werden kann und er in ein Proton <math>\mbox{p}</math> und ein Neutron <math>\mbox{n}</math> zerfällt. Speziell diese Reaktion wird im [[Sudbury Neutrino Observatory|Sudbury Neutrino Observatorium]] zum Nachweis solarer Neutrinos genutzt. Dabei befindet sich in einem großen Tank [[schweres Wasser]], in dem viele Deuteriumkerne enthalten sind.

Andere Beispielreaktionen des Z-Bosons sind zu finden unter [[Elektroschwache Wechselwirkung#Z- und W-Bosonen|elektroschwache Wechselwirkung]].

== Zerfallskanäle ==
Das Z-Boson zerfällt<ref name="PDG" /> mit ca.&nbsp;70&nbsp;% bevorzugt in [[Hadron]]en, des Weiteren mit etwa 10&nbsp;% in Paare geladener [[Leptonen]] (zu gleichen Teilen in e<sup>+</sup>e<sup>−</sup>, μ<sup>+</sup>μ<sup>−</sup> bzw. τ<sup>+</sup>τ<sup>−</sup>) und mit etwa 20&nbsp;% in Teilchen, die in den Teilchendetektoren von Collider-Experimenten nicht detektiert werden können. Da davon ausgegangen wird,<ref name="PDGLightNeutrinoTypes">K. Nakamura et al. (Particle Data Group), J. Phys. G 37, 075021 (2010), [http://pdg.lbl.gov/2011/reviews/rpp2011-rev-light-neutrino-types.pdf Review - Number of Light Neutrino Types from Collider Experiments] (PDF; 41&nbsp;kB)</ref> dass diese nicht nachweisbaren Teilchen die leichten Neutrinos sind, erlaubt die genaue Messung der totalen und partiellen [[Zerfallsbreite]]n des Z-Bosons auch die Bestimmung der Anzahl der [[Generation (Teilchenphysik)|Generationen]] der Neutrinos. Die Auswertung aktueller Experimente liefert hierbei einen Wert von 2,92&nbsp;±&nbsp;0,05, der gut mit den drei bisher bekannten Neutrinogenerationen übereinstimmt.

Der Physiker [[Steven Weinberg]] nannte die zusätzlichen Teilchen ''Z-Teilchen''; [[Boson]] ist ein Sammelbegriff für Teilchen mit ganzzahligem Spin, benannt nach dem indischen Physiker [[Satyendranath Bose]].

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="nachweis">
{{cite web
| url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/29053
| title=The W and Z particles: a personal recollection
| accessdate=5. Jan. 2010
| date=4. Okt. 2004
| author=Pierre Darriulat
| publisher=CERN Courier
| language=English
}}
</ref>
<ref name="neutr-strom">
{{cite web
| url=http://cerncourier.com/cws/article/cern/29168
| title=The discovery of the weak neutral currents
| accessdate=5. Jan. 2010
| date=4. Okt. 2004
| author=Dieter Haidt, DESY
| publisher=CERN Courier
| language=Englisch
}}
</ref>
<ref name="nobel1979">
{{cite web
|title=The Nobel Prize in Physics 1979
|url=http://www.nobel.se/physics/laureates/1979
|publisher=Nobel Foundation
|accessdate=5. Jan. 2010
| language=Englisch
}}
</ref>
<ref name="nobel1984">
{{cite web
|title=The Nobel Prize in Physics 1984
|url=http://www.nobel.se/physics/laureates/1984
|publisher=Nobel Foundation
|accessdate=5. Jan. 2010
| language=Englisch
}}
</ref>
<ref name="PDG">
{{Literatur
|Autor=S. Navas et al. ([[Particle Data Group]])
|Titel=Review of Particle Physics
|Sammelwerk= Phys. Rev. D
|Band=110
|Nummer=030001 
|Datum=2024
|Seiten=1200
|DOI=10.1103/PhysRevD.110.030001
}}
</ref>
</references>

== Weblinks ==
{{Wiktionary|Z-Boson}}
* {{Alpha Centauri|204}}

[[Kategorie:Elementarteilchen]]
[[Kategorie:Boson]]
[[Kategorie:Schwache Wechselwirkung]]