Zobrazení zdroje stránky W a Z bosony

{{K rozšíření}}
{{Infobox Částice
| název = W boson (W⁺, W⁻)
| obrázek = Feynman-beta-decay.svg
| popisek = Feynmanův diagram beta rozpadu neutronu, zprostředkovaného W⁻ bosonem
| složení = [[Elementární částice]]
| skupina = [[Kalibrační boson]]
| interakce = [[Slabá interakce]], [[Gravitace]]
| symbol = W⁺, W⁻
| teoretizováno = [[Sheldon Glashow]], [[Abdus Salam]], [[Steven Weinberg]] (1968)
| objeveno = [[CERN]], experimenty UA1 a UA2 (1983)
| hmotnost = 80,379 ± 0,012 [[GeV/c²]]
| střední doba života = 3×10⁻²⁵ s
| elektrický náboj = ±1 e
| spin = 1
| barva náboje = žádný
}}
{{Infobox Částice
| název = Z boson (Z⁰)
| obrázek = Neutral current.svg
| popisek = Feynmanův diagram neutrálního proudu (rozptyl neutrina), zprostředkovaného Z⁰ bosonem
| složení = [[Elementární částice]]
| skupina = [[Kalibrační boson]]
| interakce = [[Slabá interakce]], [[Gravitace]]
| symbol = Z⁰
| teoretizováno = [[Sheldon Glashow]], [[Abdus Salam]], [[Steven Weinberg]] (1968)
| objeveno = [[CERN]], experimenty UA1 a UA2 (1983)
| hmotnost = 91,1876 ± 0,0021 [[GeV/c²]]
| střední doba života = 3×10⁻²⁵ s
| elektrický náboj = 0 e
| spin = 1
| barva náboje = žádný
}}

'''W a Z bosony''' (někdy označované jako '''intermediální vektorové bosony''') jsou [[elementární částice]], které zprostředkovávají [[slabá interakce|slabou jadernou interakci]]. Jejich objev v roce [[1983]] v [[CERN|CERNu]] byl považován za klíčový úspěch [[Standardní model|Standardního modelu]] částicové fyziky. Společně s [[foton]]em (zprostředkovatelem [[elektromagnetismus|elektromagnetické interakce]]) a [[gluon]]y (zprostředkovateli [[silná interakce|silné interakce]]) patří do skupiny [[kalibrační boson]]ů.

Na rozdíl od fotonu a gluonů mají W a Z bosony velmi vysokou [[hmotnost]], což je důvodem, proč má slabá interakce extrémně krátký dosah. Boson W existuje ve dvou variantách s opačným elektrickým nábojem, '''W⁺''' a '''W⁻''', zatímco boson '''Z''' (nebo '''Z⁰''') je elektricky neutrální.

== 📜 Historie a objev ==
Teoretická existence W a Z bosonů byla předpovězena v 60. letech 20. století v rámci teorie sjednocující elektromagnetickou a slabou interakci, známé jako [[elektroslabá interakce]]. Tuto teorii nezávisle na sobě vyvinuli [[Sheldon Glashow]], [[Abdus Salam]] a [[Steven Weinberg]]. Za svou práci obdrželi v roce [[1979]] [[Nobelova cena za fyziku|Nobelovu cenu za fyziku]]. Jejich model předpovídal nejen existenci těchto částic, ale také jejich přibližnou hmotnost.

Klíčovým problémem teorie byla právě vysoká hmotnost těchto částic. Zatímco foton, nosič elektromagnetismu, je nehmotný, nosiče slabé síly musely být velmi těžké, aby vysvětlily její krátký dosah. Tento problém byl vyřešen zavedením [[Higgsův mechanismus|Higgsova mechanismu]], který předpokládá existenci [[Higgsův boson|Higgsova bosonu]] a [[Higgsův pole|Higgsova pole]], s nímž W a Z bosony interagují a získávají tak svou hmotnost.

Experimentální potvrzení přišlo až o mnoho let později. K jejich detekci bylo zapotřebí postavit dostatečně výkonný [[urychlovač částic]], schopný dosáhnout energie potřebné k jejich produkci. To se podařilo v [[CERN|CERNu]] na urychlovači [[Super Proton Synchrotron]] (SPS), který byl upraven na [[proton]]-[[antiproton]]ový [[collider]]. V roce [[1983]] mezinárodní týmy experimentů [[UA1]] a [[UA2]], vedené [[Carlo Rubbia|Carlem Rubbiou]] a [[Simon van der Meer|Simonem van der Meerem]], oznámily přímé pozorování W a následně i Z bosonů. Tento objev byl triumfem a vedl k udělení Nobelovy ceny za fyziku Rubbiovi a van der Meerovi již v roce [[1984]].

== ⚙️ Fyzikální vlastnosti ==
W a Z bosony patří mezi [[vektorový boson|vektorové bosony]], což znamená, že mají [[spin]] o hodnotě 1. Jsou to velmi nestabilní částice s extrémně krátkou střední dobou života, přibližně 3 × 10⁻²⁵ sekundy. Kvůli své nestabilitě se okamžitě rozpadají na jiné částice.

===  boson W ===
Boson W je unikátní tím, že nese [[elektrický náboj]]. Existuje jako částice (W⁺) a její [[antičástice]] (W⁻).
*   '''Hmotnost:''' Přibližně 80,4 [[GeV/c²]], což je zhruba 85krát více než hmotnost protonu.
*   '''Náboj:''' ±1 elementárního náboje.
*   '''Interakce:''' Zprostředkovává takzvané '''nabité proudy''' slabé interakce. To znamená, že při interakci dochází ke změně elektrického náboje interagujících částic. Klíčovou vlastností W bosonu je jeho schopnost měnit [[vůně (částice)|vůni]] (flavour) [[kvark]]ů a [[lepton]]ů.
*   '''Rozpady:''' W boson se nejčastěji rozpadá buď na [[lepton]] a [[neutrino]] (např. W⁻ → e⁻ + ν̅ₑ) nebo na pár kvark-antikvark (např. W⁻ → d + ū).

=== boson Z ===
Boson Z je elektricky neutrální a je svou vlastní antičásticí.
*   '''Hmotnost:''' Přibližně 91,2 GeV/c², tedy asi 97krát více než hmotnost protonu. Je o něco těžší než boson W.
*   '''Náboj:''' 0.
*   '''Interakce:''' Zprostředkovává takzvané '''neutrální proudy''' slabé interakce. Při těchto interakcích se nemění elektrický náboj ani vůně zúčastněných částic. Existence neutrálních proudů byla jedním z velkých předpovězených úspěchů elektroslabé teorie.
*   '''Rozpady:''' Z boson se rozpadá na pár částice-antičástice, buď na nabité leptony (e⁺e⁻, μ⁺μ⁻, τ⁺τ⁻), nebo na páry kvark-antikvark, nebo na páry neutrino-antineutrino.

== 🔬 Role ve Standardním modelu ==
W a Z bosony jsou fundamentální součástí [[Standardní model|Standardního modelu]] a hrají klíčovou roli v procesech, které jsou zodpovědné za radioaktivitu a energetické procesy ve [[hvězda|hvězdách]], včetně [[Slunce]].

=== Zprostředkovatelé slabé interakce ===
Podle [[kvantová teorie pole|kvantové teorie pole]] jsou síly přenášeny výměnou částic – kalibračních bosonů.
*   '''Krátký dosah:''' Vysoká hmotnost W a Z bosonů je podle [[Heisenbergův princip neurčitosti|principu neurčitosti]] přímo zodpovědná za extrémně krátký dosah slabé síly (přibližně 10⁻¹⁸ metru). Virtuální částice s vysokou hmotností může existovat jen po velmi krátkou dobu a urazit jen nepatrnou vzdálenost. To je v příkrém kontrastu s nehmotným fotonem, který dává elektromagnetismu nekonečný dosah.
*   '''Sjednocení sil:''' Existence W a Z bosonů vedle fotonu je základem elektroslabé teorie. Při velmi vysokých energiích (nad ~100 GeV) se elektromagnetická a slabá síla projevují jako jediná, sjednocená elektroslabá síla. Při nižších energiích, jaké panují v běžném vesmíru, dochází k tzv. [[spontánní narušení symetrie|spontánnímu narušení symetrie]], při kterém W a Z bosony získají hmotnost (díky Higgsovu mechanismu) a síly se projeví odděleně.

=== Příklady interakcí ===
*   '''Beta rozpad (nabitý proud):''' Klasickým příkladem interakce zprostředkované W bosonem je [[beta rozpad]] [[neutron]]u. Neutron (složený z kvarků udd) se přemění na [[proton]] (uud), [[elektron]] a [[elektronové antineutrino]]. Na kvarkové úrovni se jeden [[down kvark|down-kvark]] (d) v neutronu změní na [[up kvark|up-kvark]] (u) vyzářením virtuálního bosonu W⁻. Tento W⁻ boson se následně téměř okamžitě rozpadne na elektron a antineutrino.
    *   n → p + e⁻ + ν̅ₑ
    *   (na úrovni kvarků: d → u + W⁻, a následně W⁻ → e⁻ + ν̅ₑ)
*   '''Jaderná fúze ve Slunci:''' Prvním krokem [[proton-protonový cyklus|proton-protonového cyklu]], který je hlavním zdrojem energie Slunce, je přeměna protonu na neutron za vzniku [[deuterium|deuteria]], [[pozitron]]u a [[neutrino|neutrina]]. Tento proces je také zprostředkován slabou interakcí.
*   '''Rozptyl neutrin (neutrální proud):''' Příkladem interakce zprostředkované Z bosonem je elastický rozptyl neutrina na elektronu. Neutrino a elektron si vymění virtuální Z boson, přičemž oba odletí s pozměněnou energií a hybností, ale jejich identita (vůně) se nezmění.

== 📊 Měření a experimenty ==
Po jejich objevu v [[CERN|CERNu]] se W a Z bosony staly předmětem intenzivního studia na dalších urychlovačích.
*   '''LEP (Large Electron-Positron Collider):''' Tento urychlovač v [[CERN|CERNu]], předchůdce [[LHC]], byl navržen jako "továrna na Z bosony". Srážkami [[elektron]]ů a [[pozitron]]ů při energiích odpovídajících hmotnosti Z bosonu jich byly vyprodukovány miliony. To umožnilo extrémně přesné změření jeho vlastností, jako je hmotnost a šířka rozpadu, což poskytlo klíčové testy Standardního modelu. Například přesné měření rozpadů Z bosonu potvrdilo, že existují právě tři rodiny lehkých neutrin.
*   '''Tevatron:''' Tento proton-antiprotonový collider ve [[Fermilab|Fermilabu]] v [[USA]] byl zase "továrnou na W bosony" a umožnil nejpřesnější měření hmotnosti W bosonu po mnoho let.
*   '''LHC (Large Hadron Collider):''' Na [[LHC]] v [[CERN|CERNu]] jsou W a Z bosony produkovány v obrovském množství, což umožňuje další zpřesňování jejich vlastností a hledání odchylek od předpovědí Standardního modelu. V roce 2022 experiment CDF ve Fermilabu ohlásil měření hmotnosti W bosonu, které se mírně odchylovalo od predikce Standardního modelu, což vyvolalo velkou diskusi a stalo se předmětem dalšího zkoumání na LHC a jiných experimentech.

== 💡 Pro laiky ==
*   '''Co jsou to bosony?''' Představte si je jako "poslíčky" nebo "míčky", které si jiné částice (jako elektrony a kvarky) mezi sebou "hází", a tím na sebe působí silou. Foton je poslíček pro elektromagnetickou sílu (světlo), gluony pro silnou sílu (drží jádra atomů pohromadě) a W a Z bosony jsou poslíčkové pro slabou sílu.
*   '''Co je slabá interakce (síla)?''' Je to jedna ze čtyř základních sil v přírodě. Je zodpovědná za [[radioaktivita|radioaktivní rozpad]] atomových jader. Díky ní například svítí [[Slunce]] – umožňuje přeměnu [[vodík]]u na [[helium]]. Říká se jí "slabá", protože je mnohem slabší než silná a elektromagnetická síla, a má jen nepatrný dosah, menší než velikost protonu.
*   '''Proč jsou W a Z bosony tak těžké?''' Na rozdíl od fotonu, který nemá žádnou hmotnost, jsou W a Z bosony velmi těžké. Tuto hmotnost získávají interakcí s všudypřítomným [[Higgsův pole|Higgsovým polem]], podobně jako když se člověk brodí hlubokým sněhem a zpomaluje ho to. Právě jejich vysoká hmotnost způsobuje, že slabá síla působí jen na extrémně krátkou vzdálenost.
*   '''Jaký je mezi nimi rozdíl?''' Hlavní rozdíl je v elektrickém náboji. W bosony jsou nabité (plus nebo minus) a při své interakci mění typ částic (např. přemění neutron na proton). Z boson je neutrální a typ částic nemění.

{{DEFAULTSORT:W a Z bosony}}
{{Aktualizováno|datum=18.12.2025}}
[[Kategorie:Elementární částice]]
[[Kategorie:Bosony]]
[[Kategorie:Standardní model]]
[[Kategorie:Jaderná fyzika]]
[[Kategorie:CERN]]
[[Kategorie:Vytvořeno Gemini 2.5 Pro]]