Пређи на садржај

Tau lepton

С Википедије, слободне енциклопедије
(преусмерено са Tauon)
τ
KompozicijaElementarna čestica
Statistikefermionske
Generacijatreća
Interakcijegravitaciona, elektromagnetna, slaba
Simbolτ
Antičesticaantitau (τ+)
OtkrivenMartin Luis Perl et al. (1975)[1][2]
Masa1776,86±0,12 MeV/c2[3]
Srednji poluživot(2,903±0,005)×10−13 s[3]
Naelektrisanje−1 e[3]
Boja nabojanema
Spin1/2[3]
Slabi izospinLH: −1/2, RH: 0
Slabi hipernabojLH: -1, RH: −2
Standardni model elementarnih čestica gde su fermioni u prve 3 kolone

Tau lepton, takođe poznat kao tau čestica, tauon ili prosto tau je jedna od elementarnih čestica sa spinom od ½ i negativnim naelektrisanjem. Tau je jedna vrsta leptona zajedno sa elektronom, mionom i njihova 3 neutrina. On se obeležava simbolom τ. Otkrio ga je 1995. naučnik Martin Luis Perl koji je za to otkriće dobio Nobelovu nagradu. Kao i ostali naelektrisani leptoni tau ima svoj neutrino koji se obeležava sa ντ. Antitau ili pozitivni tau je аntičestica koja mu odgovara i koja ima istu masu i spin ali suprotno naelektrisanje i obeležava se znakom τ+.

Tau čestica naelektrisana i stoga na nju deluje elektromagnetna sila daleko jače nego gravitaciona sila. Zanimljivo je da je tau mnogo masivniji nego sto se očekivalo. Ispostavilo se da je energija potrebna da se stvori par tau čestica 3,6 GeV što znači da mu je masa mirovanja 1,8 GeV. To je oko 2 puta veća masa nego masa protona i čak oko 4000 puta veća od mase elektrona. Zbog tako velike mase tau lepton ima vreme života od samo 2,9×10−13 s. Zbog sličnih karakteristika tau čestice reaguju sa drugim česticama skoro isto kao i elektroni. Jedna od većih razlika je da imaju manje zakočno zračenje od elektrona zbog njihove veće mase. To zakočno zračenje je takođe teško izmeriti zbog kratkog vremena života tau čestice.[4]

Potraga za tauom započela je 1960. godine u CERN-u od strane grupe Bolonja-CERN-Fraskati (BCF) koju je predvodio Antonino Zičiči. Zičiči je došao na ideju o novom sekvencijalnom teškom leptonu, koji se sada zove tau, i izumeo je metod pretraživanja. On je izveo eksperiment u ADONE postrojenju 1969. kada je njegov akcelerator postao operativan; međutim, akcelerator koji je koristio nije imao dovoljno energije da istaživanje tau česticu.[5][6][7]

Tau je nezavisno anticipiran u članku Jung-su Tsaja iz 1971. godine.[8] U 20. veku ili tačnije od 1970-1980 na univerzitetu u Stanfordu, Martin Luis Perl je u nizu eksperimenata koji su se sastojali od sudaranja elektrona i pozitrona primetio da nedostaje energija nakon takvih sudara.[2] Pošto nijedna druga čestica nije bila detektovana pretpostavio je da je to par nekih novih čestica.

e+ + ee± + μ + najmanje dve neotkrivene čestice

Potreba za najmanje dve neotkrivene čestice pokazala se nemogućnošću očuvanja energije i impulsa samo sa jednom. Međutim, nisu otkriveni drugi mioni, elektroni, fotoni ili hadroni. Predloženo je da je ovaj događaj bio produkcija i kasniji raspad novog para čestica:

e+ + eτ+ + τe± + μ + 4ν

Ovo je bilo teško da se dokaže jer je energija koja je potrebna da se stvori par tauona i antitauona slična energiji potrebnoj da se stvori D mezon.[9][10] Kasniji eksperimenti u Hamburgu i na Stanfordu su pronašli masu i spin tau leptona. Simbol τ je dodeljen zbog grčke reči τρίτον što znači treći, jer je bio treći otkriven lepton.[11] Nakon otkrića tau čestice počeo je lov na tau neutrine jer svaki lepton nastaje iz sudara njegovih neutrina, što znači da moraju postojati tau neutrini koji stvaraju tau čestice. Nisu uspeli da direktno uoče tau neutrino zbog njegovih karakteristika, a to su: nema električni naboj kao i svi drugi neutrini, i ima veoma malu masu što mu omogućava da se kreće brzinom bliskom brzini svetlosti. Iako nisu uspeli da ih direktno posmatraju, dokazali su njihovo postojanje pomoću posmatranja njihovih interakcija.

Martin Luis Perl je podelio Nobelovu nagradu za fiziku 1995. sa Frederikom Rajnsom. Potonjem je dodeljen njegov deo nagrade za eksperimentalno otkriće neutrina.

Fajnmanov dijagram koji pokazuje raspad tau leptona pri kome se stvara W bozon

Postoji više načina na koje tauon može da se raspadne, i on je jedini od leptona koji može da se raspadne na hadrone jer drugi nemaju dovoljno veliku masu. Najveće šanse ima raspad gde nastanu tau neutrino, elektron i elektronski antineutrino (17,82%) i raspad gde nastanu tau neutrino, mion i mionski antineutrino (17,39%).

Egzotični atomi

[уреди | уреди извор]

Tau čestice mogu da grade neke vrste atoma koji se zovu egzotični atomi. Egzotični atomi su atomi kod kojih je jedna od čestica zamenjena nekom drugom česticom istog naelektrisanja. Tauoni mogu da grade dve vrste ovakvih atoma. Jedna je tauonijum, koji se sastoji od antitauona i elektrona: τ+e.[12] Drugi je onijum atom τ+τ koji se naziva pravi tauonijum. On se teško može detektovati usled ekstremno kratkog životnog veka tau čestica na niskim (nerelativističkim) energijama neophodnim da se formira ovaj atom. Njegova detekcija je važna za kvantnu elektrodinamiku.[12]

  1. ^ L. B. Okun (1980). Leptons and Quarks. V.I. Kisin (trans.). North-Holland Publishing. стр. 103. ISBN 978-0444869241. 
  2. ^ а б Perl, M. L.; Abrams, G.; Boyarski, A.; Breidenbach, M.; Briggs, D.; Bulos, F.; Chinowsky, W.; Dakin, J.; et al. (1975). „Evidence for Anomalous Lepton Production in e+e Annihilation”. Physical Review Letters. 35 (22): 1489. Bibcode:1975PhRvL..35.1489P. doi:10.1103/PhysRevLett.35.1489. 
  3. ^ а б в г M. Tanabashi et al. (Particle Data Group) (2018). „Review of Particle Physics”. Physical Review D. 98 (3): 030001. doi:10.1103/PhysRevD.98.030001. 
  4. ^ Fargion, D.; de Sanctis Lucentini, P.G.; de Santis, M.; Grossi, M. (2004). „Tau air showers from Earth”. The Astrophysical Journal. 613 (2): 1285—1301. Bibcode:2004ApJ...613.1285F. S2CID 119379401. arXiv:hep-ph/0305128Слободан приступ. doi:10.1086/423124. 
  5. ^ Zichichi, A. (1996). „Foundations of sequential heavy lepton searches”. Ур.: Newman, H.B.; Ypsilantis, T. History of Original Ideas and Basic Discoveries in Particle Physics. NATO ASI Series (Series B: Physics). 352. Boston, MA: Springer. стр. 227—275. 
  6. ^ 't Hooft, Gerard (1996). In Search of the Ultimate Building Blocks. Cambridge University Press. стр. 111. 
  7. ^ Ricci, R.A.; Barnabei, O.; Monaco, F. Roversi; Maiani, L. (5. 6. 1998). The Origin of the Third Family: In honour of A. Zichichi on the XXX anniversary of the proposal to search for the third lepton at Adone. World Scientific Series in 20th Century Physics. 20. Singapore: World Scientific Publishing. ISBN 9810231636.  ISBN 978-9810231637
  8. ^ Tsai, Yung-Su (1971-11-01). „Decay correlations of heavy leptons in e+ + e+ + ”. Physical Review D. 4 (9): 2821. Bibcode:1971PhRvD...4.2821T. doi:10.1103/PhysRevD.4.2821. 
  9. ^ Nave, G., ур. (2016). „D meson”. Department of Physics & Astronomy. HyperPhysics. Atlanta, GA: Georgia State University. 
  10. ^ Wohl, C.G. (1984). „Review of Particle Physics” (PDF). Reviews of Modern Physics. Particle Data Group. 56 (2, Part II). doi:10.1103/RevModPhys.56.S1. 
  11. ^ Perl, M.L. (6—18. 3. 1977). „Evidence for, and properties of, the new charged heavy lepton” (PDF). Ур.: Van, T. Thanh; Orsay, R.M.I.E.M. Proceedings of the XII Rencontre de Moriond. XII Rencontre de Moriond. Flaine, France (објављено април 1977). SLAC-PUB-1923. Приступљено 2021-03-25. 
  12. ^ а б Brodsky, Stanley J.; Lebed, Richard F. (2009). „Production of the Smallest QED Atom: True Muonium (μ+μ)”. Physical Review Letters. 102 (21): 213401. Bibcode:2009PhRvL.102u3401B. PMID 19519103. arXiv:0904.2225Слободан приступ. doi:10.1103/PhysRevLett.102.213401. 

Spoljašnje veze

[уреди | уреди извор]