Das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, Teil 17: Experimentelle Tests II

Nun möchte ich einige der möglichen  experimentellen Überprüfungen des Standardmodells kurz ansprechen:

Vergleich Photon und neutrales Weakon Z°:

Das Photon hat keine Ruhemasse und vermittelt nur die elektrische Kraft, das Weakon Z° vermittelt die schwache Kraft, wenn keine elektrische Kraft beteiligt ist. Es hat eine sehr hohe Ruhemasse, ungefähr die eines Uranatomkernes (91,1875 +/- 0,0021 GeV).
Bei niedrigen Energien überwiegen Prozesse, bei denen das Photon vermitttelt, bei hohen Energien solche, bei denen das Weakon vermittelt, bei mittleren Energien spielen beide Vermittlerbosonen eine Rolle.
Genau das kann das Standardmodell gut beschreiben.
Das Bild zeigt den Vergleich zwischen Messungen und Theorie des Standardmodells beim Wirkungsquerschnitt der Quark-Antiquark-Produktion durch die Kollision von Elektronen und Positronen. Die gestrichelte Kurve ergäbe sich, wenn man das Standardmodell nicht  nutzen würde, sondern nur die elektrischen Kräfte.
(LEP, SLD Collaboration)

Mischungswinkel

Alle Kräfte werden durch Ladungen erzeugt, die elektrische Kraft durch die elektrische Ladung  e und die schwache Kraft durch die schwache Ladung g (die wir mit links und rechts bezeichnet haben).
Beide Ladungen sind durch den Sinus eines Winkels, des Mischungswinkels Θ, miteinander gekoppelt:

e = g * sin Θ.

Warum nennt man Θ einen Mischungswinkel?

Im Standardmodell werdne das Photon und das Z° als Zustandsvektor beschrieben, der aber von einem "Basisvektor" aus masselosen Bosonen B° und W° durch eine Drehung erzeugt wird. Und genau dieser Drehwinkel, das ist  Θ, er beschreibt letztlich die Kopplungsstärke zwischen einer elektrischen und einer schwachen Ladung.

Θ kann nicht direkt gemessen werden, er folgt über das Massenverhältnis aus W+/Z°, das gleich dem cos Θ ist. Es ergeben sich ungefähr 28,7°.

Zerfallsarten der Weakonen:

Weakonen können in Leptonen zerfallen (z.B. in Müonen und Antimüonenneutrinos) oder Hadronen (z.B. d- und anti - u - Quarks).Das Standardmodell beschreibt sehr gut die relativen Häufigkeiten dieser Zerfallsarten.

Quanten-Loop-Prozesse:

Das Standardmodell kann auch im Vakuum entstehende und wieder verschwindende Fluktuationen gut zur Beschreibung von Kraftwirkungen heranziehen.