Tau-lepton

A tauon (tau-részecske, tau-lepton) egy negatív elektromos töltésű elemi részecske, melynek

• élettartama 3·10^‒13 másodperc (gyenge kölcsönhatásban bomlik)
• tömege 1777 MeV (a proton tömegének nagyjából négyszerese, az elektronénak 3500-szorosa).
• antirészecskéje az anti-tauon,
• a hozzájuk tartozó neutrínók a tau-neutrínó és az anti-tau-neutrínó.

Besorolása

A tau-lepton a leptonok harmadik családjába tartozik. Rokonai az elektron (1. család) és a müon (2. család). Az elektronhoz és a müonhoz hasonlóan a tau-lepton is pontszerű; nincs észlelhető szerkezete, ha van egyáltalán az a 10^‒18 méter alatti tartományban van. Az elektronhoz és müonhoz hasonlóan a tau-lepton spinje 1/2. A tau-lepton és az antirészecskéje az elektronnal illetve a pozitronnal azonos elektromos töltésű.

Bomlása

A τ-lepton bomlásának Feynman-diagramja

A tau-lepton az egyetlen lepton, mely hadronokká is képes bomlani, a többinek ehhez nincs elegendő tömege. A hadronikus és a többi bomlási módja is a gyenge kölcsönhatással történik.

Mivel a tau-szerű leptonszám megmarad (legalábbis közelítőleg a neutrínóoszcilláció miatt), akkor keletkezik tau-neutrínó, amikor a tau-lepton müonra vagy elektronra bomlik.

$\tau ^{-}\rightarrow \nu _{\tau }+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$

$\tau ^{-}\rightarrow \nu _{\tau }+\mu ^{-}+{\bar {\nu }}_{\mu }$

A tau elektronra és neutrínókra bomlásának elágazási aránya 18%, a müonra és neutrínókra bomlásé hasonló, a hadronokra bomlásé 64%.

Felfedezése

1975-ben fedezte fel Martin Lewis Perl a kollégáival az SLAC-ban. Berendezésük az SLAC új elektron-pozitron ütköztetőgyűrűjéhez a SPEAR-hez tartozott, és az LBL detektorhoz. Észlelni tudták, és meg tudták különböztetni a leptonokat, hadronokat és a fotonokat. Nem a tau-leptont magát figyelték meg, hanem a következő anomális eseményt:

$e^{+}+e^{-}\rightarrow e^{\pm }+\mu ^{\mp }$ + nem észlelt részecskék

Kellett olyan részecskéknek lenniük, melyeket nem észleltek, mert az észlelt energia kevesebb volt, mint a kezdeti. Feltételezték, hogy ennek az az oka, hogy tau-leptonok keletkeztek, de azok rögtön elbomlottak:

$e^{+}+e^{-}\rightarrow \tau ^{+}+\tau ^{-}\rightarrow e^{\pm }+\mu ^{\mp }$ + 4 neutrínó

Ezt elég nehéz volt igazolni, mivel az az energia, mely a τ⁺τ^‒ pár létrehozásához szükséges, nagyjából egyezik a D-mezon létrehozásához szükséges energiával. A tau-lepton tömegét és spinjét a heidelbergi DESY-nél és a SPEAR gyűrű DELCO műszerében (Direct Electron Counter) határozták meg.

Martin Perl 1995-ben megosztott fizikai Nobel-díjat kapott Frederick Reines-szel. Az utóbbit a neutrínó felfedezéséért tüntették ki.

Források

• Az angol Wikipédia
• M. L. Perl et al, "Evidence for Anomalous Lepton Production in e⁺-e^- Annihilation" Phys. Rev. Lett., 35, 1489 (1975)