Halbwertszeit von WWW- und ZZZ-Bosonen

W Und Z Bosonen sollten durch schwache Wechselwirkung zerfallen. Aber ihre Halbwertszeit ist da τ = 10 − 25 S was ein typischer Wert für Teilchen ist, die durch starke Kraft zerfallen (anstelle von a 10 − 12 − 10 − 6 S für ein schwach wechselwirkendes zerfallendes Teilchen). Warum kann das sein?

Der Mikrosekundenzerfall eines Myons spiegelt eine kleine Rate wider. In Ihrem Teilchenphysikkurs haben Sie gelernt, dass das relevante Matrixelement dafür durch einen winzigen Phasenraum und ein winziges Matrixelement bestimmt wird, das vom virtuellen W-Propagator belastet wird. Für den W-Zerfall versagen beide: keine W-Propagator-Unterdrückung. Fahren Sie fort, um den Phasenraum durch Dimensionsanalyse abzuschätzen. Das Korrelieren von Lebensdauern mit Interaktionstypen ist keine sakrosankte Regel, sondern nur eine alte Faustregel.
Danke schön. Es ist also richtig zu sagen, dass das W-Boson trotz seiner sehr kurzen Lebensdauer durch schwache Wechselwirkung zerfällt?

Antworten (2)

Ja, das ist es

richtig zu sagen, dass das W-Boson trotz seiner sehr kurzen Lebensdauer durch schwache Wechselwirkung zerfällt.

Die schwachen Wechselwirkungen wurden im letzten Jahrhundert als solche bezeichnet, weil bei niedrigen Energien im Vergleich zur Masse des W , etwa 80 GeV, die große Masse dieses Teilchens quadratisch im Propagator dieses virtuellen Teilchens in allen schwachen Prozessamplituden erschien. Dies wird in der Fermi-Konstante G der relevanten Amplituden zusammengefasst. Somit beinhalten schwache Abklingbreiten das Quadrat von G . Als Ergebnis muss praktisch durch dimensionale Analyse z. B. der μ- Zerfall in Ordnung sein Ö ( M μ 5 / M W 4 ) ! Erinnern Sie sich, die Masse des μ beträgt ~ 0,1 GeV, also tausendmal kleiner als die des W . (Es handelt sich um ein 2-Skalen-Problem: Die Massen der Elektronen und Neutrinos sind hier vernachlässigbar.) Somit werden alle niederenergetischen schwachen Prozesse durch eine solche Unterdrückung „verflucht“.

Wie Sie wahrscheinlich in Ihrem Teilchenphysikkurs behandelt haben / behandeln werden, ist die tatsächliche kleine Breite für den μ -Zerfall, die ihm seine lange Lebensdauer von Mikrosekunden verleiht,

Γ μ ∼ G 2 M μ 5 192 π 3 = G 4 M μ 5 M W 4 π 3   6144 ,

wobei g die übliche EW-Kopplung ist.

Vergleichen Sie dies nun mit dem echten W- Zerfall in μ ν , bei dem es keine Ausbreitungsunterdrückung gibt :

Γ W → μ v ∼ G 2 M W / 48 π ,
deren Reihenfolge Sie durch Dimensionsanalyse wiederfinden: es muss sein M W , da es sich um ein einskaliges Problem handelt – alle anderen Skalen sind vernachlässigbar.

Das Verhältnis der beiden beträgt dann

M μ 5 M W 5   G 2 128 π 2
und so 20 Größenordnungen. Und Sie dachten, diese Sprünge gibt es nur in der Astronomie...

Sie können auch über die Kraft der elektroschwachen Vereinheitlichung des SM staunen, die Sie zu solch vernünftigen Beschreibungen über 20 Größenordnungen hinweg führt.

Beides sind schwache Zerfallsprozesse, aber der intermediäre Vektorbosonenzerfall tritt bei sehr viel höheren Energien von 80-90 GeV im Vergleich zu 1 GeV beim Beta-Zerfall auf.

@flippiefanus in der Tat, sollte ich nicht.
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