Vida media de los bosones WWW y ZZZ

W y Z los bosones deberían decaer a través de una interacción débil . Pero su vida media está alrededor τ = 10 − 25 s que es un valor típico para partículas que se descomponen a través de una fuerza fuerte (en lugar de un 10 − 12 − 10 − 6 s para una partícula en descomposición de interacción débil). ¿Por qué puede ser esto?

El microsegundo de desintegración de un muón refleja una pequeña tasa. En su curso de física de partículas, aprendió que el elemento de matriz relevante para eso está determinado por un espacio de fase minúsculo y un elemento de matriz minúsculo, ponderado por el propagador W virtual. Para el decaimiento de W, ambos fallan: no hay supresión del propagador de W. Proceda a estimar el espacio de fase por análisis dimensional. La correlación de tiempos de vida con los tipos de interacción no es una regla sacrosanta, solo una regla de un viejo pulgar.
Gracias. Entonces, ¿es correcto decir que el bosón W se descompone a través de una interacción débil a pesar de su vida útil muy pequeña?

Respuestas (2)

si, lo es

es correcto decir que el bosón W se descompone a través de una interacción débil a pesar de su vida útil muy pequeña.

Las interacciones débiles se denominaron así en el siglo pasado porque, a bajas energías en comparación con la masa del W , alrededor de 80 GeV, la gran masa de esta partícula aparecía al cuadrado en el propagador de esta partícula virtual en todas las amplitudes del proceso débil. Esto se resume en la constante de Fermi G de las amplitudes relevantes. Por lo tanto, los anchos de decaimiento débiles implican el cuadrado de G. Como resultado, virtualmente por análisis dimensional, por ejemplo, el decaimiento de μ debe ser del orden O ( metro m 5 / metro W 4 ) ! Recuerde que la masa de μ es ~ 0,1 GeV, por lo que es mil veces menor que la de W . (Es un problema de 2 escalas: las masas de los electrones y los neutrinos son despreciables aquí). Por lo tanto, todos los procesos débiles de baja energía están "malditos" por tal supresión.

Como probablemente cubriste/cubrirás en tu curso de física de partículas, el pequeño ancho real para el decaimiento de μ que le da su larga vida útil de microsegundos es

Γ m ∼ GRAMO 2 metro m 5 192 π 3 = gramo 4 metro m 5 metro W 4 π 3   6144 ,

donde g es el acoplamiento EW habitual.

Ahora, contraste esto con la descomposición W real en μ ν , donde no hay supresión del propagador :

Γ W → m v ∼ gramo 2 metro W / 48 π ,
cuyo orden encuentras de nuevo por análisis dimensional: tiene que ser metro W , ya que es un problema de una sola escala, todas las demás escalas son despreciables.

La relación de los dos, entonces, asciende a

metro m 5 metro W 5   gramo 2 128 π 2
y así 20 órdenes de magnitud. Y pensabas que estos saltos solo ocurren en astronomía...

También puede maravillarse con el poder de la unificación electrodébil SM que lo lleva a descripciones tan sensatas en 20 órdenes de magnitud.

Ambos son procesos de desintegración débil, pero la desintegración del bosón vectorial intermedio ocurre a energías mucho más altas de 80-90 GeV en comparación con 1 GeV para la desintegración beta.

@flippiefanus de hecho, no debería.
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