Divulgación ¿Por qué unos sí y otros no?

[AdriCPT137]

Buenas tardes, es mi primera entrada y duda en el foro.

Mi cuestión es: ¿Por qué los Fotones y los Gluones, como partículas elementales portadoras de fuerza, "no poseen masa", y sin embargo los Bosones W y Z si poseen masa? Pero, qué ocurre con ellos, ¿Se comportan como "partículas de materia" y como portadores de la fuerza débil a la vez?

Una duda de menor grado, ¿El ir precedido por la palabra "Bosón" implica que debe tener masa verdad ?

Muchas gracias de antemano y espero estar comodísimo en este foro.

[Alriga]

Re: ¿Por qué unos sí y otros no? Masa de los bosones W y Z

... ¿El ir precedido por la palabra "Bosón" implica que debe tener masa verdad?...

No, no tiene nada que ver. El fotón es un bosón y no tiene masa.
La definición de bosón es que tiene spin entero, (0, 1, 2,...) a diferencia de los fermiones que tienen espin semientero, por ejemplo el del electrón es 1/2
Los fermiones forman la "materia" y los bosones son los responsables de las "interacciones"

... Mi cuestión es: ¿Por qué los Fotones y los Gluones "no poseen masa", y sin embargo los Bosones W y Z si poseen masa? ...

Porque los fotones y los gluones no interaccionan con el campo de Higgs y los bosones W y Z, sí

Saludos.

[AdriCPT137]

Re: ¿Por qué unos sí y otros no?

Entiendo, gracias por aclarármelo.

Entonces me surge otra cuestión, y es que, por lo tanto ¿Las partículas que conforman las interacciones fundamentales no tienen porqué tener masa cero, o deberían? Es decir, el fotón y el gluón "transportan información", siendo su masa 0, pero ya que los Bosones W y Z poseen masa ¿Condiciona en algo la labor de interacción que desempeñan los Bosones W y Z el que posean masa? Escuché algo de que la masa delimitaba el alcance de la interacción.

Gracias por su respuesta, y perdone por insistir en seguir haciendo preguntas, pero tengo muchas dudas ...

[Alriga]

Re: ¿Por qué unos sí y otros no? Alcance de la interacción débil

Por tener masa elevada, los bosones W y Z tienen vidas medias cortísimas, del orden de $10^{-25} \ s$, lo que determina el corto alcance de la interacción débil: aunque se moviesen a casi la velocidad de la luz, los W y Z apenas pueden recorrer $10^{-18} \ m$ antes de desintegrarse, distancia que es 1000 veces menor que el diámetro de un núcleo.
Saludos.

[carroza]

Re: ¿Por qué unos sí y otros no?

Por tener masa elevada, los bosones W y Z tienen vidas medias cortísimas, del orden de $10^{-25} \ s$, lo que determina el corto alcance de la interacción débil: aunque se moviesen a casi la velocidad de la luz, los W y Z apenas pueden recorrer $10^{-18} \ m$ antes de desintegrarse, distancia que es 1000 veces menor que el diámetro de un núcleo.
Saludos.

Hola.

Esto debo corregirlo. El alcance de una interacción está determinada por la masa de la particula intermediaria, a través de la relación $a = (\hbar c) / (M c^2)$. Esto es totalmente independiente de la vida media que tenga la partícula en cuestión.

La interacción débil está producida por partículas W y Z, que tienen una masa $M c^2 \simeq 80-90$ GeV, y por tanto el alcance de la interacción es $a = 2-3 \cdot 10^{-3}$ fm.

La vida media de una partícula está determinada por la intensidad de la interacción por la que decae, no por el alcance de esta interacción, y por las masas de las partículas en que decae. En el caso de las partículas W y Z, la interaccion que produce el decaimiento es la interacción débil, que coincide con la interacción que transmite. Sin embargo, en el caso de los piones, que transmiten la interacción fuerte, su decaimiento (y por tanto su vida media), viene determinado por la interacción débil.

Saludos

[Alriga]

Re: ¿Por qué unos sí y otros no? Alcance de la interacción débil

Gracias por tu opinión carroza, en Física de partículas mi situación es mucho más la de aprender que la de enseñar,
Lo que yo tengo entendido de este tema, es que para poder aparecer, los bosones virtuales W y Z deben cumplir el teorema de indeterminación de Heisenberg

$\Delta E \cdot \Delta t \sim \hbar$

Lo que limita su tiempo de vida $\Delta t$ a:

$\Delta t \sim \dfrac{\hbar}{M c^2}$

En ese tiempo de vida nunca podrán llegar tan lejos como si se desplazasen a la velocidad de la luz, luego el alcance de interacción, (distancia que pueden recorrer antes de desaparecer):

$a < c \cdot \Delta t \sim \dfrac{\hbar \ c}{Mc^2}$ Que coincide con lo que has escrito.

Esto es lo que realmente quería decir en el comentario anterior, ¿mi error ha sido llamar a este tiempo de vida $\Delta t$ $\cancel{"vida \ media"}$?

¿En general no tienen nada que ver el tiempo de vida de una partícula virtual con su vida media? ¿En este caso de los bosones W y Z sí coinciden tiempo de vida y vida media? ¿Y en el caso por ejemplo de la aparición de un fotón virtual?

Se me escapa algo, creo que tengo algún concepto erróneo que hace que no acabe de entenderlo bien.

Gracias y saludos.

[carroza]

Re: ¿Por qué unos sí y otros no? Alcance de la interacción débil

¿En general no tienen nada que ver el tiempo de vida de una partícula virtual con su vida media?

Nada que ver en absoluto. Una interpretación divulgativa de los diagramas de Feynmann te dice que, si tienes una particula virtual determinada, su contribución es interpretable con una interacción cuyo alcance fuera $a = \hbar c/ E$, donde E es la energía de la partícula virtual. Esto, a su vez, se puede interpretar considerando que el principio de incertidumbre me permite crear una partícula con energía E, durante un tiempo suficientemente corto $\Delta t = \hbar / E$.

La vida media$\tau$ es una propiedad de una particula real, medible, cuyo valor depende de las propiedades de las particulas en las que decae, y de la intensidad de la interacción que produce el decaimiento.

Por ejemplo, un electrón tiene una masa de 0.511 MeV, y una vida media infinita.

En la dispersión compton, un fotón se dispersa por un electrón, apareciendo un electrón virtual. Este proceso de dispersión puede interpretarse (a energias del fotón bajas) como una interacción mediada la creación de un electrón virtual, cuyo alcance es $a = \hbar c / m c^2 = 400 fm$, de forma que ese electrón aparece durante un tiempo $\Delta t = \hbar / m c^2 = 1.3 \cdot 10^{-21}$ s.

[Alriga]

Re: ¿Por qué unos sí y otros no?

Gracias, creo que me queda claro. Al $\Delta t$ de esta aplicación del teorema de indeterminación a partículas virtuales

$\Delta E \cdot \Delta t \sim \hbar$

no debo llamarlo "vida media de la partícula virtual", puesto que la Vida Media es una magnitud definida para partículas reales.

¿Llamarlo tiempo de vida de la partícula virtual como he hecho en mi anterior comentario, es correcto, o existe una denominación más formal?
¿Tiempo característico de la interacción?
Gracias y saludos.

[carroza]

Re: ¿Por qué unos sí y otros no?

Hola

$\Delta t = \hbar / \Delta E$ es una aproximación muy grosera al propagador que aparece en los diagramas de feynmann.<a https://en.wikipedia.org/wiki/Propag...ace_propagator

En particular, el propagador en espacio de momentos es $G(p) = {1 \over p^2 - m^2}$, donde p es el cuadrimomento de la particula virtual.

Esta expresión es válida en unidades naturales. Metiendo los factores c relevantes, nos queda
$G(p) = {1 \over E^2 - (c \vec p)^2 - m^2 c^4}$. Ahora, es importante saber que las particulas virtuales no son como las particulas reales. No cumplen [Error LaTeX: Compilación LaTeX fallida] .

Ahora, si llamas $\Delta E$ a la diferencia entre la energía de la particula virtual $E$ y la que le correspondería a una particula real con el mismpo momento $\sqrt{ (c \vec p)^2 + m^2 c^4}$, tienes que el propagador G(p) es proporcional a $\Delta t = \hbar / \Delta E$ .

Saludos