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W-Boson |
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|---|---|
| Klassifikation | |
| Elementarteilchen Boson Eichboson |
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| Eigenschaften | |
| Ladung |
≈ ±1,6 × 10-19 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 vermittelt ebenso wie das mit ihm verwandte Z-Boson die schwache Wechselwirkung. Während das Z-Boson elektrisch neutral ist, trägt das W-Boson eine elektrische Ladung. Es ist damit 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−.
Da das W-Boson mit seiner rund 80-fachen Protonenmasse recht schwer ist, ist seine Reichweite und damit die der schwachen Wechselwirkung sehr kurz (zirka 10−18 m). Zu vielen Prozessen trägt es nur als virtuelles Teilchen bei, in Form von Schleifen in Feynmandiagrammen.
Als reales Teilchen kann das W-Boson an Teilchenbeschleunigern durch Paarbildung erzeugt werden, 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 und über diese Zerfallsprodukte nachgewiesen werden.
W-Bosonen können die schwache Wechselwirkung sowohl zwischen Leptonen als auch zwischen Quarks vermitteln. Dabei wird jeweils die Art der wechselwirkenden Teilchen verändert (elektrische Ladung und schwacher Isospin).
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 Flavours ineinander. Ein solcher Prozess findet beispielsweise beim radioaktiven Beta-Zerfall statt, bei dem in einem Neutron des Atomkerns ein Down-Quark (Ladung 
) in ein Up-Quark (Ladung 
) umgewandelt wird. Dadurch wird das Neutron zu einem Proton und die Kernladungszahl nimmt um eins zu. Das bei diesem Prozess abgestrahlte W-Boson ist – in Übereinstimmung mit der Ladungserhaltung – einfach negativ geladen (
), also ein W−-Boson.
Da es sich beim W-Boson in diesem Fall um ein virtuelles Teilchen handelt, kann es selbst nicht beobachtet werden, sondern nur seine Zerfallsprodukte, ein Elektron und ein Anti-Elektronneutrino. Während die Neutrinos dabei oft undetektiert bleiben, machen sich die Elektronen als radioaktive β-Strahlung bemerkbar.
Die schwache Wechselwirkung wird auch vom Z-Boson vermittelt, das jedoch nicht elektrisch geladen ist. Da Flavor Changing Neutral Currents nicht existieren, könnte das Z-Boson selbst dann nicht zur Umwandlung von Quarks beitragen, wenn damit keine Ladungsänderung verbunden wäre.
Wiktionary: W-Boson – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen und Grammatik
