W and Z Bosons

In 1983, Rubbia's research team accomplished a discovery of the century, finding 2 new types of elementary particle called “W bosons and Z bosons.” The greatest discovery of his life, it was a feat revolutionizing not only his career but science as a whole. Yet perhaps not many people know what W and Z bosons are. These elementary particles control the internal processes of stars such as the Sun. This is the world inside atomic nuclei, the smallest constituents of matter, at an ultramicroscopic scale smaller than one quadrillionth (10−15) of a meter. one quadrillionth corresponds to the diameter of a hair if the distance from Earth to the Sun is taken as 1. Theoretical physics holds that everything in the universe (including human bodies) is governed by 4 fundamental interactions (forces acting between 2 or more objects). The 1st is probably the best-known electromagnetic force, mediated by elementary particles called photons. The 2nd is gravity, an attractive force acting between all matter possessing energy and mass, but its details have not yet been explained. The 3rd is the strong interaction, mediated by elementary particles called gluons. Stronger than the electromagnetic force, they are named for binding elementary particles together like glue to form protons, neutrons, atomic nuclei, and so on. The 4th is the weak interaction, key to explaining mysteries such as “Why are elements like uranium radioactive?” and “How does the series of nuclear reactions producing the Sun's heat and light begin?” The elementary particles mediating this weak interaction are the W and Z bosons.

1983年、ルビア氏の研究チームは世紀の大発見を成し遂げる。「Wボソン、Zボソン」と呼ばれる2種類の新素粒子を見つけたのだ。人生最大の発見であり、自身のキャリアのみならず、科学全体に革命をもたらす快挙だった。しかしW、Zボソンが何かを知っている人はそう多くないかもしれない。 これらの素粒子は太陽などの恒星の内部プロセスを制御している。原子核内部の世界、つまり、物質を構成する最小要素の話で、1千兆分の1（10−15）メートルよりも小さい超微小スケールの世界だ。1千兆分の1は、地球から太陽までの距離を1とした場合、髪の毛の直径ほどの長さに相当する。 理論物理学では、この宇宙の全てもの（人体も含まれる）は、4つの基本的な相互作用（2つ以上の物体の間に働く力）によって司られているとされる。 1つ目は、おそらく最もよく知られている電磁気力で、光子（フォトン）と呼ばれる素粒子が介在して生じる力だ。2つ目は重力で、エネルギー・質量を持つ全ての物質間に働く引力だが、その詳細はまだ解明されていない。 3つ目は強い相互作用で、グルーオンと呼ばれる素粒子が介在して生じる。電磁気力よりも強く、接着剤（glue = グルー）のように素粒子同士を結びつけて陽子、中性子、原子核などを作ることから、こう名付けられた。4つ目は弱い相互作用で、「なぜウランなどの元素は放射能を持つのか？」「太陽の熱や光が作られる一連の核反応はどのようにして始まるのか？」といった謎を解明する鍵だ。この弱い相互作用を介在する素粒子、それが WボソンとZボソンだ。