Decaimiento del bosón Z

Debido a la forma de la fuerza fuerte, los quarks nunca son libres. Las interacciones básicas de los quarks con las fuerzas débil, electromagnética y fuerte se calculan con éxito en QFT usando diagramas de Feynman intercambiando el portador apropiado, gluones por fuertes, fotones por electromagnéticos y Z y W por débiles.

El de la izquierda es el diagrama de primer orden para la creación de mu+mu- y el de la derecha para qq_bar de un color específico anticolor.

Aunque los muones son libres, los quarks no pueden existir libres, tienen que tomar pares qq_bar de los colores apropiados para que se tenga que construir un estado neutro de color de al menos dos hadrones. A la energía disponible de un Z en decaimiento masivo esto genera chorros de quarks, debido a la proliferación de interacciones fuertes.

toda la energía del quark individual distribuida de acuerdo con la cromodinámica cuántica en varios hadrones, ya que la energía de cada quark es la mitad de la masa del Z en el centro de masa.

dice que la descomposición de Z en hadrones tiene una gran sección transversal debido al factor 3 de los colores. Pero, quiero decir, ¿por qué el factor de color no funciona para los quarks individualmente?

En el modelo estándar, los quarks vienen en tres colores, y cada par anticolor de color cuenta tanto como el decaimiento a mu+mu-, por lo que hay más decaimientos hadrónicos, mientras que los leptones vienen en un solo electrón y muón y tau, separables, para los quarks en la tabla de partículas elementales.

En este sentido, cuando la energía del positrón del electrón entrante está dentro del ancho de masa de la Z, la creación de q pares q_bar de un color dado es tan probable como un neutrino antineutrino. El factor de color entra en todos los cálculos de QCD.

Entonces, ¿por qué hablamos del ancho de decaimiento del bosón Z a hadrones?

Es la suma de todas las posibles desintegraciones de los quarks individuales por sus números de color. Uno no enumera, por ejemplo, bottom_red, bottom_blue, bottom _green en la lista de partículas elementales, se entiende y es una tabla más simple. Las probabilidades se pueden calcular usando el modelo estándar de física de partículas y están bien validadas por las mediciones.