Por ejemplo, durante $\beta^-$ decaimiento a $W^- $ cambiando un quark up por un quark down. Esto me parece muy extraño ya que parece que ese quark up no está interactuando con alguna otra partícula sino que simplemente decae de repente emitiendo un bosón. ¿Es este proceso algo parecido a la caída de un electrón a un estado de menor energía mediante la emisión de fotones? ¿O sucede algo más? ¿Y de qué otras formas tienen lugar las interacciones débiles? Y no tengo ni idea de lo que $Z$ bosón lo hace. ¿Por qué y cómo interactúan las partículas con $Z$ ¿Bosones?
Respuesta
¿Demasiados anuncios?
El Universo está impregnado de un montón de campos cuánticos. Pueden ser fermiónicos (como el campo de electrones o el campo de quarks) o bosónicos (como el campo electromagnético). $A^{\mu}$ (el "fotón"), o los tres campos gauge de interacción débil $W^{\pm} Z^0$ (el " $W^+, W^+, Z^0$ bosones").
$A^{\mu}$ es en el contexto de la teoría cuántica de campos del electromagnetismo, denominada QED . Volviendo a los conceptos "clásicos" de campo eléctrico y magnético, $A^{\mu}$ está relacionado con el Tensor de Faraday que contiene $\mathbf{E}$ y $\mathbf{B}$ .
Siempre hay un finito distinto de cero posibilidad de interacción entre los distintos ámbitos. Como sabes por la mecánica cuántica, el resultado real de la interacción es probabilístico. Lo que significa que hay que esperar un "promedio" de tiempo, por ejemplo. $\tau$ para que se produzca una interacción. Lo que esto significa en la práctica, es que dada una gran cantidad de partículas interactuantes $N$ por tiempo $\tau$ un número de partículas $N/e$ han interactuado. Si este tiempo es corto, se dice que la interacción es fuerte; de lo contrario, es débil. Hay que esperar, por término medio, mucho tiempo para ver que ocurre algo.
Una interacción débil es sólo un tipo de interacción.
Una partícula cargada eléctricamente ve el campo electromagnético y puede interactuar con él, emitiendo/absorbiendo fotones $^{\dagger}$ que luego pueden ser absorbidas/emitidas por otras partículas cargadas, provocando atracción/repulsión entre partículas cargadas iguales y diferentes.
Análogamente, algunas partículas (en realidad, todas las partículas existentes) tienen otra carga llamado isospín débil . Esto les permite "ver" e interactuar con los campos débiles, $W^{\pm}$ y $Z^{0}$ . Pueden emitir/absorber $^{\dagger}$ estos bosones, que luego pueden decaer en otras partículas, como has descrito en la desintegración beta.
En $\pm$ y $0$ se refieren a la carga eléctrica de los bosones débiles. Interactuará con los $W$ o el $Z$ según la conservación de la carga eléctrica.
En tu caso, empiezas con un neutrón (carga 0) y terminas con un protón, por lo que necesitas la función $W^-$ para asegurar que la carga total sigue siendo cero.
Por ejemplo, en un $e^- e^+ \rightarrow \mu^- \mu^+$ el electrón y el positrón se aniquilen en un fotón o en un $Z^0$ que luego decae en el par muón.
$\dagger$ : Habría muchos tecnicismos que añadir a esta pregunta. Desde la conexión entre isospín débil, hipercarga débil y carga eléctrica, hasta la razón como dos de por qué hay $3$ campos débiles y sólo uno EM.
Además, la imagen que he empleado (mea culpa) es la de partículas virtuales es decir, las cargas emiten fotones que luego son absorbidos por otras partículas, mediando así la interacción.
Esto es técnicamente erróneo, aunque para entenderlo hay que comprender la teoría de la pertubración y la QFT.
