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W-Boson

W-Boson

Klassifikation
Elementarteilchen
Boson
Eichboson
Eigenschaften
Ladung

±1 e C

Ruheenergie

80 425 ±38 MeV

Spin 1
mittlere Lebensdauer 3 · 10−25 s

Das W-Boson ist ein Eichboson und damit ein Elementarteilchen. Es ist verantwortlich für die sogenannten „geladenen Ströme“ der schwachen Wechselwirkung, einer der fundamentalen Wechselwirkungen der Physik. Man unterscheidet bei den W-Bosonen je nach elektrischer Ladung zwischen W+ und W-. W-Bosonen koppeln an (d.h. stehen in Wechselwirkung mit) Leptonen und Quarks. Beispielsweise kann sich das Elektron (ein negativ geladenes Lepton) durch Emission eines W--Bosons in das zugehörige, elektrisch neutrale Elektron-Neutrino umwandeln. Bei den Quarks vermitteln die W-Bosonen die Umwandlung verschiedener sog. Quarks-Flavours ineinander. Ein solcher Prozess findet beispielsweise beim radioaktiven Beta-Zerfall statt, bei dem in einem Neutron des Atomkerns ein Down-Quark (Ladung − 1 / 3e) in ein Up-Quark (Ladung + 2 / 3e) umgewandelt wird, wodurch das Neutron zu einem Proton wird und die Kernladungszahl um eins zunimmt. Das bei diesem Prozess abgestrahlte W-Boson ist in diesem Fall - in Übereinstimmung mit der Ladungserhaltung - einfach negativ geladen ( − 1e). Da es sich beim W-Boson in diesem Fall um ein virtuelles Teilchen handelt, kann das W-Boson selbst nicht beobachtet werden, sondern nur seine Zerfallsprodukte, ein Elektron und ein Anti-Elektronneutrino. Während letztere oft undetektiert bleiben, sind es die Elektronen, die die radioaktive β-Strahlung ausmachen.

Zur schwachen Wechselwirkung gehört auch das Z-Boson. Im Unterschied zum W-Boson ist das Z-Boson nicht elektrisch geladen, weiter kann es auch nicht zur Umwandlung von Quarks beitragen, auch wenn damit keine Ladungsveränderung verbunden wäre (Nichtexistenz von Flavor Changing Neutral Currents).

Da das W-Boson mit seiner rund 80fachen Protonenmasse (80,425 GeV/c2 ±0,038 GeV/c2) recht schwer ist, ist seine Reichweite (und damit die der schwachen Wechselwirkung) sehr kurz (ca. 10−18 m). In vielen Prozessen trägt es nur als virtuelles Teilchen bei (in Form von Schleifen in sog. Feynmandiagrammen).

Als reales Teilchen, über Paarbildung erzeugt werden, und über seine Zerfallsprodukte nachgewiesen, kann das W-Boson mittels Teilchenbeschleunigern. Z.B. über die Reaktion e+ e → W+ W. Die so erzeugten W-Bosonen sind äußerst kurzlebige Teilchen (Halbwertsbreite 2,124 ± 0,041 GeV, dies entspricht einer Lebensdauer von 3 · 10−25 s), die in Leptonen oder Hadronen zerfallen.

Siehe auch

 Wiktionary: W-Boson – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik