Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не следует путать с т + в т-θ головоломки , которая теперь идентифицируются как каонные .
Тауон
СочинениеЭлементарная частица
СтатистикаФермионный
ПоколениеВ третьих
ВзаимодействияГравитация , Электромагнитная , Слабая
Символ
τ-
АнтичастицаАнтитау (
τ+
)
ОбнаруженныйМартин Льюис Перл и др. (1975) [1] [2]
Масса1 776 0,86 ± 0,12 МэВ / с 2 [3]
Средняя продолжительность жизни(2,903 ± 0,005) × 10 −13  с [3]
Электрический заряд−1 e [3]
Цвет зарядаНикто
Вращение1/2[3]
Слабый изоспинЛХ : -1/2, RH : 0
Слабый гиперзарядLH : -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 является лептоном , 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
τ-
 и антитау
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 тау-частицы не излучают столько тормозного излучения, сколько электроны; следовательно, они потенциально обладают гораздо большей проникающей способностью, чем электроны.

Из-за их короткого времени жизни диапазон тау в основном определяется их длиной затухания, которая слишком мала для того, чтобы тормозное излучение было заметным. Их проникающая способность проявляется только при сверхвысоких скоростях и энергии (выше энергий в петаэлектронвольт ), когда замедление времени увеличивает их длину пути. [4]

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

История [ править ]

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 ускоритель заработал, однако у ускорителя, который он использовал, не было достаточно энергии для поиска частицы тау. [5] [6] [7]

Тау был независимо предсказан в статье Юнг-су Цая 1971 года . [8] Обеспечивая теорию этого открытия, тау-белок был обнаружен в серии экспериментов между 1974 и 1977 годами Мартином Льюисом Перлом и его коллегами Цая из Стэнфордского центра линейных ускорителей (SLAC) и группой Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBL) . [2] Их оборудование состояло из недавно созданных SLAC.
е+
-
е-
сталкивающееся кольцо, называемое SPEAR , и магнитный детектор 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 похожа на порог 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 электронного счетчика SPEAR (DELCO).

Символ τ произошел от греческого τρίτον ( тритон , что на английском означает «третий»), поскольку это был третий обнаруженный заряженный лептон. [9]

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 [ править ]

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 . [10] [а]

Коэффициенты ветвления доминирующих адронных распадов тау: [3]

  • 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 распадаться адронно примерно в 64,79% случаев.

Коэффициент ветвления обычных чисто лептонных распадов тау составляет: [3]

  • 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 коэффициентов ветвления является следствием универсальности лептона .

Экзотические атомы [ править ]

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-
. [11]

Еще один - 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. Его обнаружение важно для квантовой электродинамики . [11]

См. Также [ править ]

  • Формула Коиде

Сноски [ править ]

  1. ^ Поскольку тауонное лептонное число сохраняется в слабых распадах, тау-нейтрино всегда создается при распаде тау. [10]

Ссылки [ править ]

  1. ↑ LB Okun (1980). Лептоны и кварки . В.И. Кисин (пер.). Издательство Северной Голландии . п. 103. ISBN 978-0444869241.
  2. ^ a b Perl, ML; Abrams, G .; Боярский, А .; Breidenbach, M .; Briggs, D .; Bulos, F .; Чиновски, В .; Dakin, J .; и другие. (1975). "Свидетельства аномального образования лептона в
    е+

    е-
    Аннигиляция ». Physical Review Letters . 35 (22): 1489. Bibcode : 1975PhRvL..35.1489P . Doi : 10.1103 / PhysRevLett.35.1489 .
  3. ^ Б с д е е М. Tanabashi и др. (Группа данных по частицам) (2018). «Обзор физики элементарных частиц» . Physical Review D . 98 (3): 030001. Bibcode : 2018PhRvD..98c0001T . DOI : 10.1103 / PhysRevD.98.030001 .
  4. ^ Д. Фаргион; PG de Sanctis Lucentini; М. де Сантис; М. Гросси (2004). "Дожди тау с Земли". Астрофизический журнал . 613 (2): 1285–1301. arXiv : hep-ph / 0305128 . Bibcode : 2004ApJ ... 613.1285F . DOI : 10.1086 / 423124 .
  5. ^ A. Zichichi (1996). Основы последовательных поисков тяжелых лептонов. В: Ньюман Х. Б., Ипсилантис Т. (ред.) История оригинальных идей и основных открытий в физике элементарных частиц. Серия НАТО ASI (Серия B: Физика), том 352 . Спрингер, Бостон. С. 227–275.
  6. ^ Джерард 'т Хоофт (1996). В поисках лучших строительных блоков . Издательство Кембриджского университета. п. 111.
  7. ↑ Происхождение третьего семейства: в честь А. Зичичи в XXX годовщину предложения о поисках третьего лептона в Адоне . World Scientific Publishing Co. Pte. ООО
  8. ↑ Цай, Юнг-Су (1 ноября 1971 г.). «Корреляции распада тяжелых лептонов в e + + e - → l + + l - ». Physical Review D . 4 (9): 2821. Bibcode : 1971PhRvD ... 4.2821T . DOI : 10.1103 / PhysRevD.4.2821 .
  9. ^ ML Perl (1977). «Доказательства и свойства нового заряженного тяжелого лептона» (PDF) . В Т. Тхань Ван (ред.). Труды XII Rencontre de Moriond . SLAC-PUB-1923.
  10. ^ а б Риазуддин (2009). «Нестандартные взаимодействия» (PDF) . NCP 5-й Sypnoisis по физике элементарных частиц . 1 (1): 1–25.
  11. ^ a b Бродский, Стэнли Дж .; Лебедь, Ричард Ф. (2009). «Производство мельчайшего атома QED: истинный мюоний (μ + μ - )». Письма с физическим обзором . 102 (21): 213401. arXiv : 0904.2225 . Bibcode : 2009PhRvL.102u3401B . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.102.213401 . PMID 19519103 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Нобелевская премия по физике 1995 г.
  • Журнал Perl, показывающий открытие тау
  • «Повесть о трех статьях» содержит обложки трех оригинальных статей, объявляющих об открытии.