Vandaag veertig jaar geleden kondigden fysici op CERN de ontdekking aan van het elektrisch geladen deeltje dat de zwakke kracht overbrengt, een van de vier fundamentele krachten in de natuur.
Op 25 januari 1983 presenteerde de woordvoerder van het UA1-experiment op CERN de eerste zes waargenomen deeltjes die leken op het voorspelde W-boson. Rubbia speelde een sleutelrol bij de ontdekking. In de jaren zeventig stelde hij voor om de bestaande SPS-protonversneller op CERN om te bouwen in een botsingsmachine voor protonen en anti-protonen.
Daarmee moesten de voorspelde krachtdeeltjes te vinden zijn, was de verwachting. In 1981 was de ombouw klaar, waarvoor de Nederlandse ingenieur Simon van der Meer een cruciale techniek uitvond om de bundels stabiel genoeg te krijgen.
Zes kandidaten
Twee jaar later had Rubbia’s UA1 en het concurrerende UA2 zes kandidaten voor een geladen boson, het W-deeltje. Genoeg om een ontdekking te claimen. Een paar maanden later werd ook het neutrale Z-boson ontdekt. Rubbia en Van der Meer kregen in 1984 de Nobelprijs voor natuurkunde voor de ontdekking.
Het vinden van de W en Z deeltjes, met hun specifieke massa’s, vormden ook de voorlopige bevestiging van het Standaardmodel van de deeltjesfysica, waarvoor ondermeer Martinus Veltman en Gerard ’t Hooft in de jaren zeventig de theoretische basis legden. De Nederlanders kregen in 1999 een Nobelprijs.
De zwakke kernkracht is de kracht die in de atoomkern nu en dan neutronen in protonen verandert, het zogeheten radioactieve bètaverval. De kracht is voor te stellen als het overspringen van een W of Z-deeltje. Bij het proces verandert de kern, en komt er een elektron vrij dat als straling wordt gemeten.
Nauw verwant
Volgens het Standaardmodel zijn de zwakke kernkracht en het elektromagnetisme nauw aan elkaar verwant, alleen heeft de een krachtdragers met een massa en de ander alleen massaloze fotonen. Voor de elektrozwakke kracht is het uiteindelijk in 2012 ontdekte Higgsdeeltje cruciaal.
Ook de sterke kernkracht, die kerndeeltjes bij elkaar houdt, is in de theorie verwant, maar die is alleen actief op veel kleinere afstanden.
W- en Z-deeltjes, circa 80 keer zwaarder dan een proton, zijn veertig jaar later nog steeds belangrijke onderdelen van de bouwdoos van de materie. In de experimenten op CERN worden ze niet alleen zelf nog steeds bestudeerd, maar bieden ze ook belangrijk signalen over andere deeltjes.
De CERN Courier publiceerde een artikel over de ontdekking van W en Z, de dragers van de zwakke kernkracht.