Bosones W' i Z'

En física de partícules, el bosón W' i el bosón Z' (o bosón W-primera i bosón Z-primera) són noves partícules elementals hipotètiques, del grup dels bosones de gauge, que sorgixen de les extensions de la simetria electrodébil del Model Estàndar. El seu nom procedix de l'analogia en els bosones W i Z del model estàndar. De la mateixa manera que ells, el bosón W' té una càrrega elèctrica de ± 1, i el bosón Z té càrrega nula. Les seues masses són desconegudes.

Tipos

Tipos de bosones W'

Els bosones W' es presenten a sovint en models en un teoria de camp de gauge SU(2) extra. SU(2)×SU(2) es trenca espontàneament en un subgrup diagonal SU(2)_W, que es correspon en el grup electrodébil SU(2). En térmens més generals, podríem tindre n copies de SU(2), que després es descompon en un subgrup diagonal SU(2)_W. Açò dona lloc a n−1 bosones W⁺', W⁻' i Z'. Tals models poden sorgir, per eixemple, a partir d'un diagrama de quiver o grafo orientat. Per a que els bosones W' s'acoplen al isospín, el grup SU(2) adicional i el SU(2) del Model Estàndar deuen mesclar-se; una còpia de el SU(2) deu trencar-se entorn a l'escala del TeV (per a obtindre bosones W' en una massa pròxima al TeV), deixant el segon SU(2) per al Model Estàndar. Açò succeïx en models d'Higgs menut que contenen més d'una còpia de SU(2). Degut a que el W' procedix de la ruptura d'un SU(2), que està genèricament acompanyat d'un bosón Z' de (casi) la mateixa massa i en acoplament relacionats en els acoplament dels W'.

Un atre model de bosones W' pero sense un factor SU(2) adicional és el cridat model 331 en β = ± 1/√3. La cadena de ruptura de la simetria SU(3)_L × O(1)_W → SU(2)_W × O(1)_I conduïx a un parell de bosones W'^± i tres bosones Z'.

Els bosones W' també sorgixen en les teories de Kaluza-Klein en SU(2) en el "bulk" o "bulto".

Tipos de bosones Z'

Varis models de la física més allà del Model Estàndar prediuen diferents tipos de bosones Z'.

• Models en una nova simetria gauge O(1). El Z' és el bosón de gauge de la simetria (trencada) O(1).
• Models E6. Este tipo de model conté dos bosones Z', que poden mesclar-se en general.
• Els models Topcolor i els models seesaw de trencament de simetria electrodébil dinàmica tenen bosones Z' per a seleccionar la formació de condensados en particular.
• Models d'Higgs menut. Estos models solen incloure un sector gauge ampliat, que se separa de la simetria gauge del Model Estàndar prop de l'escala del TeV. Ademés d'un o més bosones Z', estos models a sovint contenen bosones W'.
• Models de Kaluza-Klein. Els bosones Z' són els modos excitats d'una simetria gauge neutral en el "bulk".
• Extensions Stueckelberg (vore l'acció Stueckelberg). El bosón Z' sorgix de acoplament que es troben en les teories de cuerdo en l'intersecció de D-branas.

Busques

Busques directes

Un bosón W' podria detectar-se en colisionadores de hadrones a través de la seua desintegració en un leptón més un neutrino, o un quark dalt més un quark avall, despuix d'haver segut produïts en aniquilació quark-antiquark. S'espera que el LHC conseguixca el descobriment del W' a una energia d'alguns TeV.

Les busques directes dels bosones Z' es porten a terme en colisionadores d'hadrones, ya que permeten accedir a les energies més altes disponibles. Es busquen resonàncies de dileptones de gran massa: el bosón Z' es produiria per aniquilació quark-antiquark, i decauria en un parell electró-positrón o un parell de muones de càrrega oposta. Els llímits actuals més exigents vénen del colisionador Tevatron del Fermilab, i depenen dels acoplament del bosón Z' (que la seua secció travessera controla la producció). Fins a 2006, el Tevatron exclou que els bosones Z' posseïxquen masses per damunt de 800 GeV per a seccions travesseres "típiques" predites en varis models.

Les afirmacions anteriors s'apliquen als models de "gran esgambi". Recentment han sorgit atres models que, de modo natural, proporcionen firmes de la secció travessera que cauen molt pròximes, o llaugerament per baix dels llímits de nivell de confiança del 95% establides pel Tevatron, i per lo tant poden produir senyals detectables de la secció travessera d'un bosón Z' en un interval de massa molt més pròxim a la massa polar Z que els models de "gran ample" discutits anteriorment.

Eixos models "d'ample reduït" que entren en esta categoria són els que prediuen un Z' de Stückelberg, aixina com un Z' d'una dimensió adicional universal.)

El 7 d'abril de 2011, la colaboració CDF en el Tevatron va informar un excés d'events de colisió protón-antiprotón que produïxen un bosón W acompanyat per dos jets d'hadrones. Açò podria ser interpretat en térmens d'un bosón Z'.

Busques indirectes

Els llímits més estrictes sobre els nous bosones W' són fixats pels seus efectes indirectes sobre els processos de baixa energia, com la desintegració del muon, a on poden substituir al bosón intermediari W del Model Estàndar.

Les busques indirectes dels bosones Z' es porten a terme en colisionadores electró-positrón, ya que donen accés a medicions d'alta precisió de les propietats del bosón Z del Model Estàndar. Les llimitacions en la busca procedixen de la mescla entre el Z' i el Z, i depenen de cada model, ya que no només depenen de la massa del Z', sino també de la seua mescla en el Z. Els llímits actuals més estrictes són els de el colisionador LEP del CERN, que llimita que els bosones Z' tinguen una massa superior a uns pocs centenars de GeV, per als paràmetros típics del model.

El colisionador ILC estendrà el seu ranc d'energies fins a alcançar de 5 a 10 TeV, depenent del model en qüestió, proporcionant complementarietat en les senyes del LHC, ya que oferirà mides de les propietats adicionals del bosón Z'.