Een Z (zero) boson is een quantumdeeltje dat geen lading heeft. Een W-boson heeft dat wel: ±1e.
Alle drie horen ze tot het "weak interaction" veld voor de "weak nuclear force" (de deeltjes zijn een quantum-weergave van wat je ook als veld kunt zien - zoals een foton bij een elektromagnetisch veld hoort). Dat veld speelt een rol bij het verval van een quark of lepton deeltje in een ander quark of lepton deeltje (voor quarks van 3e generatie "top" naar bottom naar 2e generatie "charm" (tover) naar "strange" (vreemd) naar 1e generatie "up".  Bij overgangen waarbij de lading van een quark behouden blijft treedt het Z-deeltje op. Als een lading verdwijnt of erbij komt treedt het W+ of W- deeltje op.



Onderstaand een reactie van elk. Wees je bewust dat anti-quarks (met streepje boven de quark letter) qua tijdsrichting achteruit lopen.

De eerste twee diagrammen tonen dus 

• u + anti-u → s + anti-s  (een up quark wordt een strange quark) Geen ladingsverandering.
• u + anti-d → positron + neutrino  (quarks  worden leptonen). De +1e wordt door het positron overgenomen.

• muon verval: negatieve lading wordt aan elektron gegeven, er ontstaan ook twee ladingloze deeltjes: een anti-neutrino (=anti-elektron-neutrino) en een mu-neutrino

Super bedankt! 

Dag Theo,
Bij het gebeurde in het bovenste groene kader staat:
'u+anti-u→s+anti-s (een up quark wordt een strange quark) Geen ladingsverandering'
Kun je in meer woorden beschrijven wat hier gebeurt, ook wat betreft het anti-up en het anti-strange?
Kun je een bron geven waarin dit Feynman-diagram staat (internet, pagina uit boek, …)?
Groet, Jaap

u + anti-u heeft samen lading 0 (elk tegengestelde lading). De uitgangsproducten dus ook. Baryongetal 1/3 en -1/3 zowel bij inkomende als uitgaande producten: behoud.

u + anti-d hebben resp lading +2/3 e en -(-1/3 e). Lading +1e. Dus W+ deeltje. Uitgangsproducten positron (+1 e) en neutrino (0).  Behoud baryongetal (1/3 - 1/3 = 0 als ingang, leptonen hebben geen baryongetal: ook nul). 
Beide quarks hebben geen lepton getal (0),  positron en neutrino zijn -1 en +1 ook samen nul.

Aanvulling over een Z-boson in een Feynman-diagram (1)

Dag Laura,
In het bovenste groene kader van 03 december 2022 om 14.54 uur zijn er aan het begin een upquark en een anti-upquark. Komen ze bij elkaar, dan vindt annihilatie plaats: up en anti-up 'vernietigen' elkaar. Hebben de begindeeltjes voldoende energie meegekregen, dan kan een Z-boson ontstaan. Zo is het Z-boson ontdekt: door protonen en anti-protonen in een krachtige versneller te laten botsen (Rubbia en anderen, 1983). Iets dergelijks ken je van een PET-scan, waarbij een positron (uitgezonden door geïnjecteerd fluor-18) in het lichaam van de patiënt annihileert met een elektron, onder uitzending van twee gammafotonen die buiten het lichaam kunnen worden gedetecteerd.
♦ Vraag aan jou: waarom kan hier alleen een Z-boson ontstaan als de upquark en de anti-upquark vooraf in een versneller zeer veel energie hebben gekregen? Gebruik Binas.

Het Z-boson is zeer instabiel. Rechts in hetzelfde kader zie je dat het Z-boson vervalt tot een strangequark en een anti-strangequark. Het Z-boson kan ook anders vervallen, bij voorbeeld naar een elektron en een positron.

Wat er in het bovenste groene kader gebeurt, is niet alledaags. Rubbia liet miljarden keren een up botsen met een anti-up, en in slechts weinig gevallen ontstond er een Z-boson. Het was een doorbraak in de natuurkunde van de elementaire deeltjes en heeft enkele Nobelprijzen opgeleverd.
Heb je al een vlucht naar Stockholm geboekt?

Met dank aan Marcel,
groet, Jaap

Aanvulling over een Z-boson in een Feynman-diagram (2)

Dag Laura,
• Een verschil tussen Z en W^+/–
Zoals Theo schrijft, zijn het neutrale Z, het positieve W⁺ en het negatieve W^–-boson de deeltjes die de 'zwakke wisselwerking' of 'zwakke kernkracht' in een reactie overbrengen. Als een Z-boson optreedt als wisselwerkingsdeeltje, is de totale 'flavour' voor en na de reactie hetzelfde. 'Flavour' heb je in zes soorten: up, down, charm, strange, top en bottom. Ook de elektrische lading is voor en na de reactie hetzelfde. In reacties met een W^+/– is de totale flavour en de lading voor en na de reactie niet hetzelfde. Dit verschil kan je helpen te zien of je in een Feynman-diagram een Z of een W^+/– moet opnemen.

• Meer Feynman-diagrammen met een Z-boson
In het bovenste groene kader van 03 december 2022 om 14.54 uur zie je na de reactie andere deeltjes dan vooraf. Juist bij een Z-boson (en niet bij W^+/–) kan het anders gaan: na de reactie heb je precies dezelfde deeltjes als vooraf. Wel is hun impuls en energie veranderd, door de rol van het Z-wisselwerkingsdeeltje.
Hieronder staan drie Feynman-diagrammen waarin dat gebeurt. Mogelijk staan zulke diagrammen waarbij de deeltjes hetzelfde blijven, ook in je lesmateriaal.
♦ Kun je onder woorden brengen wat er in deze diagrammen gebeurt?
♦ Wat betekent 'p' en waarom staan die 'u'-bogen bij het rechter diagram?
Groet, Jaap


Bron: David Griffiths, Introduction to Elementary Particles