Лептон

Лептон

Лептони су укључени у неколико процеса као што је бета распадање.
Композиција	Елементарна честица
Статистике	Фермиони
Генерација	Прва, друга, трећа
Интеракције	Електромагнетизам, гравитација, слаба интеракција
Симбол	l
Античестица	Антилептон (l)
Типови	6 (електрон, електронски неутрино, мион, mионски неутрино, tau, Тау неутрино)
Наелектрисање	+1 e, 0 e, −1 e
Боја набоја	Не
Спин	1⁄2

Стандардни модел елементарних честица, с баждарним и Хигсовим бозоном.

Круксова цев (2 погледа): на светлу и у тами. Електрони путују равно с леве стране где је катода, на десну страну где је анода (жица на дну цеви десно). Као доказ струје електрона постављен је Малтешки крст који баца сену на десну страну цеви.

Употребом коморе на мехуриће први пут је откривен неутрино 13. децембра 1970. Неутрино је ударио протон у водониковом атому. Судар се види на десној страни, где се секу 3 линије.

Лептони (према грч. λεπτός: ситан) су елементарне честице које не праве друге сложене честице, али учествују у важним физичким процесима. Спин им је 1/2 (дакле, лептони су фермиони), а они који су наелектрисани имају јединично наелектрисање. Не осећају јаку, али су осетљиви на слабу силу. Маса им је знатно мања од масе кваркова, али за разлику од њих могу се наћи слободни.

Постоје три врсте лептона који образују слабе дублете са својим неутринима: електрон, мион, тау, електронски неутрино, мионски неутрино и тау неутрино. Šест познатих лептона сврстано је у три нараштаја (породица) лептона: електронски (e, ν_e), мионски (μ, ν_μ) и тауонски лептони (τ, ν_τ). За сваки од њих постоји антилептон, на пример, позитрон као античестица електрона. Електрон, мион и тауон имају електрични набој и међу њима се појављује електромагнетско међуделовање а неутрини су електрички неутрални и електромагнетски не међуделују. Сви лептони међуделују гравитацијским и слабим међуделовањем.

Донедавно се мислило да лептонски нараштаји не комуницирају, што значи да би засебно били очувани лептонски бројеви, то јест укупан број лептона, L_e, L_μ, L_τ. Открићем спонтаног преласка неутрина из једне врсте у другу (М. Кошиба) дошло се до спознаје о постојању неутринских маса, а тиме и до првих назнака постојања нове физике, изван стандардног модела честица.

Лептоне карактерише закон о очувању лептонског броја - зброј лептона (лептонски број +1) и антилептона (лептонски број -1) који улазе у реакцију једнак је броју лептона који из ње излазе.

Таблица лептона

Подела лептона

Честица / Назив античестице	Симбол	Набој Q (e)	Спин J	Le	Lμ	Lτ	Маса (MeV/c²)	Време треајања (s)
Електрон	e-	−1	1/2	+1	0	0	0,510 998 910  (± 13)	Стабилан
Позитрон	e+	+1		−1
Мион	μ-	−1	1/2	0	+1	0	105,658 366 8  (± 3 8)	2,197 019×10−6 (± 21)
Антимион	μ+	+1			−1
Тауон или тау лептон	τ-	−1	1/2	0	0	+1	1 776,84  (± 0,17)	2,906×10−13 (± 0,010)
Антитауон	τ+	+1				−1
Неутрино	νe	0	1/2	+1	0	0	< 0,000 002 2	Непознато
Електронски антинеутрино	$\mathrm {\bar {\nu _{e}}}$			−1
Мионски неутрино	νμ	0	1/2	0	+1	0	< 0,17	Непознато
Мионски антинеутрино	$\mathrm {\bar {\nu _{\mu }}}$				−1
Тау неутрино	ντ	0	1/2	0	0	+1	< 15,5	Непознато
Тау антинеутрино	$\mathrm {\bar {\nu _{\tau }}}$					−1

Објашњење

Од лептона најпознатији је електрон, стога су лептони највише и проучавани, јер се својства електрона огледају у миону и тау лептону. Ова три лептона имају исти електрични набој и мало тога, осим масе, разликује електрон од миона и тау лептона. Једина очита разлика је у томе што се мион и тау лептон могу распадати на друге честице (из прве и друге генерације лептона и њихове античестице), док је електрон стабилна честица. Исто као и код кваркова, маса лептона се повећава како се иде према вишој генерацији.

Остала три лептона се називају неутрини, јер су електрички неутрални. Треба напоменути да није исто рећи, на пример, да је неутрон без набоја и да је неутрон неутралан. Неутрон се састоји од три кварка и сваки од њих носи електрични набој који се у коначном збиру поништи. Неутрини, за разлику од неутрона, су елементарне честице. Као такве нису изграђене од других елементарнијих компоненти, они су истински неутрални. Стога, да би разликовале такве честице од оних којима се набоји компоненти поништавају, за неутрине (и сличне честице) се каже да су неутрални, а за неутроне (и честице сличне њима) да су без набоја. Према стандардном моделу сматра се да су неутрини честице без масе, иако резултати експеримента Супер-Камиоканде у Јапану (М. Кошиба) дају назнаку да би неутрини ипак могли имати изузетно малу, али коначну масу. Будући да су неутрини без масе и неутрални, то им ускраћује било какву физичко постојање. Међутим, неутрини имају енергију и та их енергија чини стварнима.

Лептони, за разлику од кваркова, постоје у природи као засебне честице. Електрон је врло позната честица и његова својства су успостављена у основама физике. Други лептон, електронски неутрино, је мање познат али једнако чест у природи. У великом броју га производе неки радиоактивни процеси и средишње језгре нуклеарних реактора, док је Сунце највећи произвођач. Приближно 10¹² електронских неутрина прође кроз људско тело сваке секунде, већина настала у нуклеарним реакцијама које се одвијају у језгру Сунца. Будући да јако ретко делују с материјом велики број неутрина који прође кроз људско тело не чини никакву штету.

Лептони друге генерације су ређи, али се могу наћи у природи. Мионе је лако произвести у лабораторијским експериментима. Осим по маси, врло су слични електронима. Због велике масе су нестабилни па се распадају на електроне и неутрина. Једноставно се могу посматрати у експериментима с космичким зракама.

Чланови треће генерације (тау лептони) нису виђени у природним процесима, барем не у овом стадију развоја свемира. Много раније, када је свемир био топлији и када су честице имале далеко више енергије, лептони треће генерације су често настајали у природним реакцијама. То је међутим било пре неколико милијарди година. Данас се тау лептон може посматрати само у лабораторијским експериментима, док тау неутрино није директно виђен у експериментима већ се његово присуство може закључити из одређених реакција.

Лептонски број

Главни чланак: Лептонски број

Лептонски број је претпоставка да лептони поседују неко унутрашње својство које се не може мерити на стандардни начин (у смислу као што се могу мерити електрични набој или маса), али по којем се попут генерације кваркова међусобно разликује. Донедавно се мислило да лептонски нараштаји не комуницирају, што значи да би засебно били очувани лептонски бројеви, то јест укупан број лептона: L_e, L_μ, L_τ.

Антилептони

Антиматерија и античестице заиста постоје, само не на начин на који је често представљена у филмовима. Могуће ју је створити у лабораторијима и физичари елементарних честица је често користе у својим експериментима.

Савремена теорија говори да свака честица има своју античестицу, честицу исте масе и спина, али супротног набоја. Осим по набоју, честице и античестице се разликују по низу других својстава. На пример, по лептонском броју, барионском броју, и тако даље. Својства која су једнака код честица и атичестица јесу маса, спин, време полураспада, и тако даље. Дакле, антиматерија се састоји од античестица, исто као што се материја састоји од честица. Антиматерија је веома ретка у свемиру и не зна се зашто свемир не садржи исту количину материје и антиматерије.

Укратко, постоји 6 лептона сврстаних у 3 генерације и 6 антилептона такође сврстаних у 3 генерације. Антилептони су исте масе и спина као и лептони, али супротног набоја и лептонског броја. У доњој табели, која представља проширену лептонску „породицу”, у другом реду су смештени антилептони којима је придружен лептонски број супротног предзнака:

Проширена лептонска "породица"

Лептонски број	+1	0	-1
Елементарна честица	електрон, мион, тау лептон, електронски неутрино, мионски неутрино, тау неутрино	кваркови, бариони, мезони, бозони …	позитрон, антимион, антитауон, електронски антинеутрино, мионски антинеутрино]], тау антинеутрино

Литература

• Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008). „Review of Particle Physics” (PDF). Physics Letters B. 667 (1): 1. Bibcode:2008PhLB..667....1A. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018. 
• Anicin, I. V. (2005). „The Neutrino: Its Past, Present and Future”. arXiv:physics/0503172 . 
• Fukuda, Y.; et al. (1998). „Evidence for Oscillation of Atmospheric Neutrinos”. Physical Review Letters. 81 (8): 1562—1567. Bibcode:1998PhRvL..81.1562F. arXiv:hep-ex/9807003 . doi:10.1103/PhysRevLett.81.1562. 
• Kodama, K.; et al. (2001). „Observation of tau neutrino interactions”. Physics Letters B. 504 (3): 218—224. Bibcode:2001PhLB..504..218D. arXiv:hep-ex/0012035 . doi:10.1016/S0370-2693(01)00307-0. 
• B. R. Martin; G. Shaw (1992). „Chapter 2: Leptons, quarks and hadrons”. Particle Physics. John Wiley & Sons. стр. 23—47. ISBN 978-0-471-92358-9. 
• Neddermeyer, S. H.; Anderson, C. D. (1937). „Note on the Nature of Cosmic-Ray Particles” (PDF). Physical Review. 51 (10): 884—886. Bibcode:1937PhRv...51..884N. doi:10.1103/PhysRev.51.884. 
• Perl, M. L.; et al. (1975). „Evidence for Anomalous Lepton Production in e⁺–e⁻ Annihilation”. Physical Review Letters. 35 (22): 1489—1492. Bibcode:1975PhRvL..35.1489P. doi:10.1103/PhysRevLett.35.1489. 
• Peskin, M. E.; Schroeder, D. V. (1995). Introduction to Quantum Field Theory. Westview Press. ISBN 978-0-201-50397-5. 
• Riesselmann, K. (2007). „Logbook: Neutrino Invention”. Symmetry Magazine. 4 (2). Архивирано из оригинала 2009-05-31. г. 
• Rosenfeld, L. (1948). Nuclear Forces. Interscience Publishers. стр. xvii. 
• Shankar, R. (1994). „Chapter 2: Rotational Invariance and Angular Momentum”. Principles of Quantum Mechanics (2nd изд.). Springer. стр. 305–352. ISBN 978-0-306-44790-7. 
• Weinberg, S. (2003). The Discovery of Subatomic Particles. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-82351-7. 
• Wilson, R. (1997). Astronomy Through the Ages: The Story of the Human Attempt to Understand the Universe. CRC Press. стр. 138. ISBN 978-0-7484-0748-4. 
• B.A. Schumm (2004). Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics. Johns Hopkins University Press. ISBN 978-0-8018-7971-5. 
• „The Standard Model of Particle Physics Interactive Graphic”. 
• I. Aitchison; A. Hey (2003). Gauge Theories in Particle Physics: A Practical Introduction. Institute of Physics. ISBN 978-0-585-44550-2. 
• W. Greiner; B. Müller (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 978-3-540-67672-0. 
• G.D. Coughlan; J.E. Dodd; B.M. Gripaios (2006). The Ideas of Particle Physics: An Introduction for Scientists. Cambridge University Press. 
• D.J. Griffiths (1987). Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-60386-3. 
• G.L. Kane (1987). Modern Elementary Particle Physics. Perseus Books. ISBN 978-0-201-11749-3. 
• T.P. Cheng; L.F. Li (2006). Gauge theory of elementary particle physics. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-851961-4.  Highlights the gauge theory aspects of the Standard Model.
• J.F. Donoghue; E. Golowich; B.R. Holstein (1994). Dynamics of the Standard Model. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-47652-2.  Highlights dynamical and phenomenological aspects of the Standard Model.
• L. O'Raifeartaigh (1988). Group structure of gauge theories. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-34785-3. 
• Nagashima, Yorikiyo (2013). Elementary Particle Physics: Foundations of the Standard Model, Volume 2. Wiley. ISBN 978-3-527-64890-0.  920 pages.
• Schwartz, Matthew D. (2014). Quantum Field Theory and the Standard Model. Cambridge University. ISBN 978-1-107-03473-0.  952 pages.
• Langacker, Paul (2009). The Standard Model and Beyond. CRC Press. ISBN 978-1-4200-7907-4.  670 pages. Highlights group-theoretical aspects of the Standard Model.
• E.S. Abers; B.W. Lee (1973). „Gauge theories”. Physics Reports. 9 (1): 1—141. Bibcode:1973PhR.....9....1A. doi:10.1016/0370-1573(73)90027-6. 
• M. Baak; et al. (2012). „The Electroweak Fit of the Standard Model after the Discovery of a New Boson at the LHC”. The European Physical Journal C. 72 (11): 2205. Bibcode:2012EPJC...72.2205B. S2CID 15052448. arXiv:1209.2716 . doi:10.1140/epjc/s10052-012-2205-9. 
• Y. Hayato; et al. (1999). „Search for Proton Decay through p → νK⁺ in a Large Water Cherenkov Detector”. Physical Review Letters. 83 (8): 1529—1533. Bibcode:1999PhRvL..83.1529H. S2CID 118326409. arXiv:hep-ex/9904020 . doi:10.1103/PhysRevLett.83.1529. 
• S.F. Novaes (2000). „Standard Model: An Introduction”. arXiv:hep-ph/0001283 . 
• D.P. Roy (1999). „Basic Constituents of Matter and their Interactions – A Progress Report”. arXiv:hep-ph/9912523 . 
• F. Wilczek (2004). „The Universe Is A Strange Place”. Nuclear Physics B: Proceedings Supplements. 134: 3. Bibcode:2004NuPhS.134....3W. S2CID 28234516. arXiv:astro-ph/0401347 . doi:10.1016/j.nuclphysbps.2004.08.001. 
• Georgi, Howard (1999), Lie algebras in particle physics, Perseus Books Group, ISBN 978-0-7382-0233-4 .
• Christman, J. Richard (2001), „Colour and Charm” (PDF), www.physnet.org, Project PHYSNET, document MISN-0-283 .
• Hawking, Stephen (1998), A Brief History of Time, Bantam Dell Publishing Group, ISBN 978-0-553-10953-5 .
• Close, Frank (2007), The New Cosmic Onion, Taylor & Francis, ISBN 978-1-58488-798-0 .
• Wu, T.-Y.; Pauchy Hwang, W.-Y. (1991). Relativistic quantum mechanics and quantum fields. World Scientific. стр. 321. ISBN 978-981-02-0608-6. 
• Muta, T. (2009). Foundations of Quantum Chromodynamics: An introduction to perturbative methods in gauge theories. Lecture Notes in Physics. 78 (3rd изд.). World Scientific. ISBN 978-981-279-353-9. 
• Smilga, A. (2001). Lectures on quantum chromodynamics. World Scientific. ISBN 978-981-02-4331-9. 
• Pauli, Wolfgang (1941). „Relativistic Field Theories of Elementary Particles”. Rev. Mod. Phys. 13: 203—32. Bibcode:1941RvMP...13..203P. doi:10.1103/revmodphys.13.203. 
• Yang C. N., Mills R. L. (1954). „Conservation of Isotopic Spin and Isotopic Gauge Invariance”. Phys. Rev. 96: 191—195. Bibcode:1954PhRv...96..191Y. doi:10.1103/PhysRev.96.191 . 
• Donaldson, Simon K. (1983). „Self-dual connections and the topology of smooth 4-manifolds”. Bulletin of the American Mathematical Society. 8 (1): 81—83. MR 0682827. doi:10.1090/S0273-0979-1983-15090-5 . 
• Pickering, A. (1984). Constructing Quarks. University of Chicago Press. ISBN 0-226-66799-5. 

Спољашње везе

• „Particle Data Group homepage”.  – The PDG compiles authoritative information on particle properties.
• „Leptons”. Physics & Astronomy. Georgia State University. Hyperphysics.  – a summary of leptons.