Z-partikel

Z-partiklen blev forudsagt i slutningen af 1960’erne som en del af den elektrosvage teori, udviklet af Sheldon Glashow, Abdus Salam og Steven Weinberg, som for dette arbejde sammen modtog Nobelprisen i fysik i 1979. Deres teori beskrev, hvordan den svage kernekraft kan opdeles i en ladet del, formidlet af W-partikler, og en neutral del, formidlet af Z-partiklen. Z-partiklen var dermed en direkte konsekvens af teorien og nødvendig for dens interne konsistens.

Z-partiklen viste sig at være meget tung, med en masse tæt på 90 GeV (90 milliarder elektronvolt), og kunne derfor ikke observeres før udviklingen af højenergi-acceleratorer. I 1983 blev Z-partiklen opdaget ved det europæiske laboratorium CERN i eksperimenterne UA1 og UA2, næsten samtidig med opdagelsen af W-partiklen. Observationerne bekræftede den elektrosvage teoris centrale forudsigelser.

Efter opdagelsen blev Z-partiklen et af de vigtigste værktøjer til at teste standardmodellen med. Ved LEP-acceleratoren på CERN, som var i drift fra 1989 til 2000, blev millioner af Z-partikler produceret. Disse data gjorde det muligt at måle Z-partiklens egenskaber med ekstrem præcision.

Z-partiklen har en ekstremt kort levetid på ca. 3·10⁻²⁵ sekund. Z-partiklen henfalder typisk til et par af ladede leptoner eller til et kvark-par, som efterfølgende danner hadroner.

En særlig egenskab ved Z-partiklen er, at den også kan henfalde til neutrinoer, som ikke efterlader direkte spor i detektorer. Antallet af sådanne henfald blev målt meget præcist ved LEP og gav et direkte eksperimentelt bevis for, at der findes præcis tre typer lette neutrinoer i naturen.

Z-partikler kan skabes i højenergi-kollisioner mellem partikler. Ved LEP blev Z-partikler produceret direkte ved sammenstød mellem elektroner og positroner, hvilket gav særligt rene målinger af deres egenskaber. Denne type eksperimenter gjorde Z-partiklen til en standard for præcision i partikelfysik. Ved LHC produceres Z-partikler i store mængder i proton-proton-kollisioner til brug som referenceprocesser i mange eksperimenter. Fordi Z-partiklens egenskaber er så præcist kendt, anvendes den ofte til kalibrering af detektorer og til tests af, om målinger stemmer overens med standardmodellens forudsigelser.

• W-partikel
• Feynman-diagrammer