Тау (частица) - Tau (particle)
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 частицыкоторому 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
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
- «Нобелевская премия по физике 1995 г.» . nobelprize.org .
- "Журнал Perl, показывающий открытие тау" . symrymag.org .
- «Повесть о трех статьях» (PDF) . slac.stanford.edu . - дает обложки трех оригинальных статей, объявляющих об открытии.