Тау (частица) - Tau (particle)

Тауон
Состав Элементарная частица
Статистика Фермионный
Поколение В третьих
Взаимодействия Гравитация , Электромагнитная , Слабая
Символ
τ-
Античастица Антитау (
τ+
)
Обнаруженный Мартин Льюис Перл и др. (1975)
Масса 1 776 0,86 ± 0,12 МэВ / с 2
Средняя продолжительность жизни (2,903 ± 0,005) × 10 −13  с
Электрический заряд −1 e
Цвет заряда Никто
Вращение 1/2
Слабый изоспин LH : -1/2, RH : 0
Слабый гиперзаряд LH : -1, RH : -2

Тау ( τ ), также называемый тау - лептон , тау - частица , или tauon , является элементарной частицей похож на электрон с отрицательным электрическим зарядом и спином1/2. Подобно электрону , мюону и трем нейтрино , тау - лептон , и, как все элементарные частицы с полуцелым спином, тау имеет соответствующую античастицу противоположного заряда, но равной массы и спина. В случае тау это «антитау» (также называемый положительным тау ). Частицы тау обозначаются символом
τ-
и antitaus от
τ+
.

Тау лептоны имеют время жизни 2,9 × 10 -13  с и массой из1 776 0,86 МэВ / с 2 ( по сравнению с105,66 МэВ / c 2 для мюонов и0,511 МэВ / c 2 для электронов). Поскольку их взаимодействия очень похожи на взаимодействия электрона, тау можно рассматривать как гораздо более тяжелую версию электрона. Из-за своей большей массы частицы тау не излучают столько тормозного излучения, сколько электроны; следовательно, они потенциально обладают большей проникающей способностью, чем электроны.

Из-за его короткого времени жизни диапазон тау-излучения в основном определяется его длиной затухания, которая слишком мала для того, чтобы тормозное излучение было заметным. Его проникающая способность проявляется только при сверхвысокой скорости и энергии (выше энергий в петаэлектронвольт ), когда замедление времени увеличивает его, в остальном, очень короткий путь.

Как и в случае с другими заряженными лептонами, у тау-нейтрино есть ассоциированное тау-нейтрино , обозначенное как
ν
τ
.

История

Поиски тау начались в 1960 году в ЦЕРНе группой Болонья-ЦЕРН-Фраскати (BCF) во главе с Антонино Зичичи . Зичичи придумал новый последовательный тяжелый лептон, который теперь называется тау, и изобрел метод поиска. Он провел эксперимент на установке ADONE в 1969 году, когда ее ускоритель заработал; однако у ускорителя, который он использовал, не хватило энергии для поиска частицы тау.

Тау был независимо предсказан в статье Юнг-су Цая 1971 года . Обеспечивая теорию этого открытия, тау-белок был обнаружен в серии экспериментов между 1974 и 1977 годами Мартином Льюисом Перлом и его коллегами и Цаем из Стэнфордского центра линейных ускорителей (SLAC) и группы Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBL). Их оборудование состояло из нового на тот момент кольца встречных электрон-позитронов SLAC , названного SPEAR , и магнитного детектора LBL. Они могли обнаруживать и различать лептоны, адроны и фотоны . Они не обнаружили тау напрямую, а скорее обнаружили аномальные события:

Мы обнаружили 64 события вида


е+
+
е-

е±
+
μ
+ минимум две необнаруженные частицы

которому у нас нет общепринятого объяснения.

Необходимость по крайней мере двух необнаруженных частиц была продемонстрирована невозможностью сохранить энергию и импульс только с одной. Однако никаких других мюонов, электронов, фотонов или адронов обнаружено не было. Было высказано предположение, что это событие было рождением и последующим распадом новой пары частиц:


е+
+
е-

τ+
+
τ-

е±
+
μ
+ 4
ν

Это было трудно проверить, потому что энергия для производства
τ+

τ-
пара аналогична порогу рождения D-мезона . Масса и вращение тау были впоследствии установлены с помощью работы, проделанной в DESY- Гамбург с помощью спектрометра с двумя плечами (DASP) и в SLAC-Stanford с помощью прямого счетчика электронов SPEAR (DELCO).

Символ τ произошел от греческого τρίτον ( тритон , что в переводе с английского означает «третий»), поскольку это был третий обнаруженный заряженный лептон.

Мартин Льюис Перл разделил Нобелевскую премию по физике 1995 года с Фредериком Райнесом . Последний был удостоен своей доли премии за экспериментальное открытие нейтрино .

Распад тау

Диаграмма Фейнмана распадов тау при испускании W-бозона вне оболочки

Тау - единственный лептон, который может распадаться на адроны - другие лептоны не имеют необходимой массы. Как и другие моды распада тау, адронный распад происходит за счет слабого взаимодействия .

В разветвляющих фракциях доминирующих адронный распадов тау являются:

  • 25,49% для распада на заряженный пион , нейтральный пион и тау-нейтрино;
  • 10,82% для распада на заряженный пион и тау-нейтрино;
  • 9,26% для распада на заряженный пион, два нейтральных пиона и тау-нейтрино;
  • 8,99% для распада на три заряженных пиона (два из которых имеют одинаковый электрический заряд) и тау-нейтрино;
  • 2,74% для распада на три заряженных пиона (два из которых имеют одинаковый электрический заряд), нейтральный пион и тау-нейтрино;
  • 1,04% для распада на три нейтральных пиона, заряженный пион и тау-нейтрино.

В целом тау-лептон будет адронно распадаться примерно в 64,79% случаев.

В разветвляющих фракциях от общих чисто лептонных распадов тау:

  • 17,82% для распада на тау-нейтрино, электронный и электронный антинейтрино;
  • 17,39% для распада на тау-нейтрино, мюон и мюонный антинейтрино.

Сходство значений двух фракций ветвления является следствием универсальности лептона .

Экзотические атомы

Предполагается, что тау-лептон образует экзотические атомы, как и другие заряженные субатомные частицы. Один из таких, называемый тауонием по аналогии с мюонием , состоит из антитауона и электрона:
τ+

е-
.

Другой - атом ония
τ+

τ-
называется истинным тауонием и его трудно обнаружить из-за чрезвычайно короткого времени жизни тау при низких (нерелятивистских) энергиях, необходимых для образования этого атома. Если возможно, его обнаружение станет важным испытанием для квантовой электродинамики .

Смотрите также

Сноски

Рекомендации

Внешние ссылки