Çarpışma Analizleri > Z Bozunmaları

Daha önce de sözü edildiği gibi, CERN'deki en büyük dairesel hızlandırıcı olan LEP, 2000 yılında sökülmesine başlanılana kadar, daha çok elektron pozitron çarpıştırma deneylerinde kullanılıyordu Bu çarpışmaların yol açtığı yokediliş sürecinin başlangıcında Z parçacıkları, daha sonraki aşamalarında da, kuark karşıtkuark çiftleri oluşuyor Bu parçacıklar daha sonra bozunuyorlar Elde edilen çarpışma resimlerinde bu bozunmaların izlerini aramak suretiyle Standart Model'i sınamak ve geliştirmeye çalışmak mümkün

Çünkü örneğin, Standart Model'e göre, bir Z parçacığı, toplamı 1 olmak üzere farklı olasılıklarla;
* elektronla karşıtına (e -, e +),
* muonla karşıtına (μ+ ,μ-),
* tau ile karşıtına (τ -, τ +)
* bir kuarkla karşıtına (k,kk) veya,
* iki nötrinoya
bozunabilir

Bir Z parçacığı bir kuarkla karşıtkuarka bozunduğunda, bu ikisi birbirinden yüksek hızla uzaklaşır Halbuki Standart Model'e göre; kuarklar yalnız başlarına bulunamaz ve yalnız kalmaya zorlandıklarında; hızla bozunup, bir parçacık yağmuru veya jetine yol açarlar Her kuarkın parçacık jetinde, genellikle 10 veya daha fazla parçacık bulunur Jetlerdeki parçacıklar, çoğunlukla mezonlardan oluşur Eğer kuarklardan birisi bu arada bir gluon salarsa, bu gluon da bir jet oluşturur ve çarpışma olayında sonuç olarak, üç jet üretilmiş olur Hatta bazen birkaç gluon ışınlanmıştır ve üçten fazla jetle karşılaşılır Fakat bu, pek sık karşılaşılan bir durum değildir Öte yandan kuarklar, yaklaşık 1fm (1 Fermi, fm=10-15 m) uzaklığa kadar bozunmamışlarsa eğer, güçlü kuvvet daha fazla uzaklaşmalarına izin vermez ve yeni kuark-karşıtkuark çiftlerinin oluşmasına yol açar Sayısı artan kuarkların her biri sonunda, jetler halinde bozunur ve bu süreç, çarpışma resmindeki parçacık jeti sayısının artmasıyla son bulur Dolayısıyla, bir çarpışmada ortaya kuarklar çıkmışsa eğer, bunun anlaşılması kolay oluyor Çünkü yol açtıkları parçacık jetleri, dedektörde net olarak görülebiliyor
Z parçacığının iki nötrinoya bozunma olayları, geride hiçbir iz bırakılmamış olduğundan, gözlenemezler Dolayısıyla, bu türden kaç bozunmanın yer almış olduğu bilinemez Ancak, yeterince çok sayıda çarpışmanın incelenmesi sonucunda, diğer tür bozunma olasılıkları belirlenmişse eğer; bunların toplamını 1'den çıkarmak suretiyle, nötrino bozunmalarının olasılığı hesaplanabilir

Dolayısıyla Z bozunmalarını; elektron, muon, tau, nötrino çiftlerinin izleri ve 2, 3 ya da 4'lü kuark jetleri şeklinde yakalamak mümkün Bu bozunmalardan her birinin farklı olasılıkları, Standart Model tarafından, kuramsal olarak hesaplanabiliyor Dolayısıyla, yeterince sayıda Z bozunması gözleyip, hangi tür bozunmanın hangi sıklıkla yer aldığını hesaplamak ve böylelikle Standart Model'in öngörülerini sınamak mümkün
Öte yandan; doğadaki dört tür etkileşimden her birinin, ilgili etkileşimin gücünü belirleyen bir 'bağlantı' ('coupling') sabiti var Örneğin, en düşük güce sahip olan kütleçekimi kuvvetinin bağlantı sabiti G Elektromanyetik ve güçlü etkileşimlerin bağlantı sabitleri α ve α s ile gösteriliyor Bu sabitler, farklı süreçlerin gücünü belirliyor ve doğadaki en temel parametreler arasında yer alıyorlar Örneğin bir kuarkın gluon ışınlama olasılığı, 'güçlü bağlantı' ('strong coupling') sabitine bağlı Dolayısıyla, Z parçacığının kuark çiftine bozunduğu olayların kaçında gluon ışınlandığını sayıp yüzdesini hesaplayarak, bu sabitin değerini bulmak da mümkün
Şimdi bu bilgilerin ışığında, bazı resimleri inceleyerek, farklı Z bozunmalarının nasıl tanınabileceğine bir bakalım