¿Por qué el bosón Z y el fotón son diferentes?

Sus diferencias (y razones):

$\bullet$(1)$Z$el bosón es masivo y el fotón no tiene masa.

• como has dicho$Z$el bosón es masivo (~91 Gev) debido al mecanismo de Higgs, pero el fotón permanece en el sector U(1) ininterrumpido.

$\bullet$(2)$Z$el bosón tiene un acoplamiento de calibre diferente al del fotón. Mire la derivada covariante (consulte Peskin & Shroeder Intro to QFT cap 22):

El modelo estándar de ruptura de simetría electrodébil es

$$\text{SU(2) $\times$ U(1)$_Y$ $\to$ U(1)$_{em}$}$$ con U(1) $_Y$genera carga hiper U(1) $Y$, que es diferente de la carga electromagnética U(1) $_{em}$cargar $$e=\frac{gg'}{\sqrt{g^2+g'^2}}.$$ Observe que el fotón de U(1) $_{em}$tiene el generador U(1) por $T^3+Y$(mezcla entre SU(2) y U(1) $_{Y}$). Similarmente, $Z$bosón tiene un generador (mezcla entre SU(2) y U(1) $_{Y}$) por $g^2T^3+g'^2Y$. Sin embargo, los acoplamientos de dos bosones son diferentes.

Como dijiste,$Z$el bosón tiene acoplamiento con una partícula neutra (neutral bajo U(1)$_{em}$), pero el fotón no. La razón es, "siendo cargado " bajo U(1) ininterrumpido$_{em}$(es decir$T^3+Y$) no es lo mismo que "ser cargado " bajo uno de los tres generadores de SU(2) roto (es decir$g^2T^3+g'^2Y$).

$\bullet$(3) Las reglas de Feynman son análogas entre sí, pero con diferentes acoplamientos:

fuente de las reglas de Feynman: Griffiths: Introducción a las partículas elementales.