Zerfallsmoden des W-Bosons und Z^0-Produktion

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

Hallo,

es sollen alle Zerfallsmoden des W-Bosons angegeben werden.
Doch was ist eine Zerfallsmode? Ich finde dazu überhaupt nichts.

Gruß!

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

Das sind einfach die verschiedenen Arten, auf die das W-Boson zerfallen kann.

Beispiel: Das Z-Boson kann Zerfallen in e+ und e- oder in mu+ und mu- ... etc, aber nicht in e+ und e+.
Z -> e+ e-, ist dann ein moeglicher Zerfallsmodus.
Z -> e+ e+ ist hingegen keiner.

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

Danke. Und wie verschaffe ich mir da am besten einen Überblick?

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

Indem Du lernst was das W-Boson ist und wie es an andere Teilchen koppelt. Das kann man in jedem Buch und auf zig Webseiten nachlesen.

Auf der particle data group Seite gibt es auch Tabllen mit allen gemessen Zerfallskanälen (auch wenn ich nicht denke, dass die Aufgabe so geloest werden sollte).

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

Jo, habe mich etwas damit beschäftigt.

Wobei

l für ein beliebiges Lepton steht.
'Mischungen' sind auch möglich, also z. B.

Desweiteren sind Quark-Zerfälle möglich:

wobei Zerfälle in Quarks/Anti-Quarks
innerhalb einer Familie am wahrschein-
lichsten sind. Ist das soweit richtig?

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

Könnte immer noch ein Statement bezüglich der Richtigkeit gebrauchen Augenzwinkern

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Schau mal hier http://pdg.lbl.gov/2012/tables/contents_tables.html

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

Danke. Habe mich schwer daran getan, das zu finden. Ich entnehme der
PDF, dass das W hauptsächlich in Hadronen wie Mesonen und Baryonen
zerfällt. Das wundert mich. Mit den Leptonen lag ich ja richtig, aber was
ist mit dem Zerfalls in Quarks? Habe das so, wie ich es oben geschrieben
habe, auf meinem Übungsblatt geschrieben und es gab die vollen Punkte.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Na, wenn der elementare Prozess im Sinne der Feynmanregeln der Zerfall in Quarks ist, dann ist der tatsächlich gemessene Zerfallskanal der in Hadronen, da Quarks nicht als freie Teilchen existieren.

Stimmt also beides, oder?

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

LOL, korrekt Augenzwinkern

Erinnere mich gerade daran: bei der 'Emission' eines
Ws im Feynmangraphen, dass dann in Quarks zerfällt, stehen am En-
de immer wieder Hadronen. Klasse, vielen Dank smile

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

Ich hätte da noch eine Frage, aber bezüglich des Z^0-Bosons.
Wieso kann bei einer Kollision von Proton und Anti-Proton mit
einer Schwerpunktsenergie von rund 100 GeV kein Z^0 pro-
duziert werden???

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Weil nur die Schwerpunktenergie eines Quark-Antiquark-Paares zählt.

jh8979 · Moderator Anmeldungsdatum: 10.07.2012 Beiträge: 8576

Das ist natürlich nur halb richtig. Es gibt auch dann noch Quarks/Antiquarks die genug Energie haben um ein Z-Boson zu kreieren. Allerdings ist dies relativ unwahrscheinlich, darum gibt's nur sehr wenige dieser Events in diesem Setup.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Stimmt

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

Danke. Doch leider habe ich keinen blassen Schimmer, warum dem so ist?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Weil die Quarks im Proton keineswegs einen festen Impulsbruchteil von 1/3 tragen.

http://www.e12.ph.tum.de/stud/vorlesungen/kruecken/kt2/ss04/skript/Partonen-und-Quarks.pdf

http://www.ikp.uni-koeln.de/groups/reiter/lehre/files/kt2011/KP_27_2601.pdf
http://www.physik.uni-giessen.de/dueren/vorlesung/exphy/e10.pdf

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

Du spielst auf das Parton-Modell des Proton an. Da stellt man sich das Proton
ja als ein Bündel als Partonen vor, wobei jedes Parton einen Impulsanteil
des Protonimpulses besitzt. Z. B. hat das i-te Parton den Impulsbruchteil
xp und die restlichen Partonen teilen sich dann (x-1)p. Nun, aber selbst es
nur drei Quarks im Proton wäre, die Valenzquarks, hätten diese ja nur 1/3
des Protonimpulses und wurden daher kein Z^0 schaffen können, oder?!

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Ich hatte schon vor einigen Tagen einige Links auf Papers und Präsentationen zur QCD und DIS (Deep Inelastic Scattering) verlinkt. Das Partonmodell ist auch nur eine Näherung.

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

Ich bin ja dankbar für jede Hilfe, nur leider bringt mir ein solches 10 oder
mehr seitiges Paper als angehender Bachelor nicht sehr viel, wenn ich nur
die Hälfte verstehe oder wenn es darum geht, nur eine kleine Verständnis-
frage beantworten zu müssen.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Schau dir mal die Folie #20 im dritten Link an. Da siehst du die Strukturfunktion für den Spezialfall x = 1/3, aber auch den realen Fall.

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

Zu so später Stund werden die Folien im dritten Link erst interessant.

D.h. es geht hier um eine Quarkverteilungsfunktion in einem Nukleon.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

Ja, genau!

Diese Strukturfunktionen F(x) beschreiben el. und mag. "Dichten", sowie "Spindichten" (nicht in diesen Folien). Sie beschreiben letztlich, wie ein elastisch an einem Quark gestreutes Elektron das Proton "sieht". In niedrigster Näherung nimmt man an, dass ein Elektron an einem Quark gestreut wird, das sozusagen für den Moment der Streuung asymptotisch frei ist. Der Zustand der Quarks aufgrund der Bindung im Proton wird dabei durch die Strukturfunktionen beschrieben. Diese sind nicht-störungstheoretischer Natur.

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

So wie ich das verstanden habe, ist der Impulsbruchteil eines i-ten Parton
xp nicht fest, er gehorcht einer Verteilungsfunktion f_i(x). Aber was hat
das ganze mit einer Streuung von Proton-Antiproton zu tun? Und mit der
Erzeugung eines Z^0? Ich vermute, dass eben dieser Sachverhalt mit den
nicht festen Impulsbruchanteilen dafür sorgt, dass bei einer Proton-Anti-
Proton-Steuung, wo die Quarks streuen, die Schwerpunktsenergie der
Quarks entscheidend für die Z^0 Produktion ist. Und diese tragen aufgrund
der Impulsbruchteil-Verteilungsfunktion eben nicht den gesamten Impuls
des Protons.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18018

TruEnemy · Anmeldungsdatum: 01.11.2010 Beiträge: 516

Wenn es denn dann eine Wahrscheinlichkeit gibt, dass das Quarks den
gesamten Proton-Impuls haben kann, müsste man doch bei genügend oft
wiederholten Versuchen auch eine Z^0 Produktion bei diesem Prozess be-
obachten können. Ausserdem: die Björken-Skalenvariable ist doch definiert
als x = Q^2/2M\nu, Q^2 ist dabei der Impulsübertrag bei der Streuung und
\nu ist der Energieübertrag. Dann schreibt man F(x, Q^2) und sagt, dass
diese Funktionen fast nicht von Q^2 abhängen (obwohl es ja sowohl in x als
auch in der Funktion selbst vorkommt). Also Probleme bereitet mir in diesem
Punkt eindeutig allein die Mathematik.

EDIT: Würde auf meine anfänglich gestellte Frage nicht auch die Antwort
reichen, dass, um ein Z^0 zu erzeugen, nur Quark-Antiquark- und Lepton-
Antilepton-Reaktionen von Bedeutung sind. Bei einem Proton, das 'aus drei
Quarks aufgebaut' ist, verteilt sich der Proton-Impuls zu jeweils 1/3 auf
die Valenzquarks und damit hat eine Quark-Antiquark-Reaktion nicht ge-
nügend Energie für eine Z^0-Produktion (Achtung, das soll nur die Antwort
auf eine kleine Verständnisfragen sein (Klausurrelevant)!).