ŠTO SU LEPTONI?

Send

Tijekom 19. i 20. stoljeća fizičari su se počeli ispitivati duboko u prirodu materije i energije. Radeći to, brzo su shvatili da pravila koja vladaju njima postaju sve zamućenija što dublje idu. Dok je prevladavajuća teorija bila da se sva materija sastoji od nedjeljivih atoma, znanstvenici su počeli shvaćati da su atomi sami sastavljeni od još manjih čestica.

Iz tih je istraživanja rođen Standardni model fizike čestica. Prema ovom modelu, sva materija u Svemiru sastoji se od dvije vrste čestica: hadroni - po kojima Veliki hadronski sudarač (LHC) dobiva svoje ime - i leptoni. Tamo gdje su hadroni sastavljeni od drugih elementarnih čestica (kvarkova, anti kvarkova itd.), Leptoni su elementarne čestice koje postoje samostalno.

Definicija:

Riječ lepton dolazi od grčkog leptos, što znači "mali", "fini" ili "tanak". Prvo zabilježeno korištenje riječi bio je fizičar Leon Rosenfeld u svojoj knjiziNuklearne snage (1948). U knjizi je uporabu riječi pripisao prijedlogu danskog kemičara i fizičara prof. Christiana Mollera.

Izraz je odabran da se odnosi na čestice male mase jer su jedini poznati leptoni u Rosenfeldovo doba bili muoni. Ove elementarne čestice su preko 200 puta masivnije od elektrona, ali imaju samo jednu devinu mase protona. Uz kvarkove, leptoni su osnovni gradivni blokovi materije i stoga ih se smatra „elementarnim česticama“.

Vrste leptona:

Prema Standardnom modelu, postoji šest različitih vrsta leptona. Oni uključuju čestice Electron, Muon i Tau, kao i njihove pridružene neutrine (tj. Neutron elektrona, muonski neutrino i tau neutrino). Leptoni imaju negativan naboj i izrazitu masu, dok njihovi neutrini imaju neutralni naboj.

Elektroni su najlakši, s masom od 0,000511 gigaelektronvolta (GeV), dok muoni imaju masu od 0,1066 Gev, a čestice Tau (najteže) imaju masu 1,777 Gev. Različite sorte elementarnih čestica obično se nazivaju "okusa". Iako su sva tri okusa leptona različita i različita (s obzirom na njihovu interakciju s drugim česticama), oni nisu nepromjenjivi.

Neutrino može promijeniti svoj okus, postupak koji je poznat i kao "oscilacija okusa u neutrinu". Ovo može imati nekoliko oblika, uključujući solarne neutrine, atmosferske neutrine, nuklearni reaktor ili oscilacije snopa. U svim promatranim slučajevima, oscilacije su potvrđene nedostatkom broja neutrina koji se stvaraju.

Jedan od uočenih uzroka odnosi se na „propadanje muona“ (vidi dolje), proces u kojem muoni mijenjaju svoj okus da bi postali elektronski neutrini ili tau neutrini - ovisno o okolnostima. Uz to, sva tri leptona i njihovi neutrini imaju pridružene antičestice (antilepton).

Za svaki, antileptoni imaju identičnu masu, ali sva su druga svojstva obrnuta. Ova združivanja sastoje se od elektrona / pozitrona, muona / antimuona, tau / antitaua, elektronskog neutrina / elektronskog antineutrina, muonskog neutrina / muanskog antinuetrina i tau neutrino / tau antineutrina.

Postojeći standardni model pretpostavlja da ne postoje više od tri vrste (aka. „Naraštaja“) leptona s pripadajućim neutrinama. To je u skladu s eksperimentalnim dokazima koji pokušavaju modelirati proces nukleosinteze nakon Velikog praska, gdje bi postojanje više od tri leptona utjecalo na obilje helija u ranom Svemiru.

Svojstva:

Svi leptoni posjeduju negativan naboj. Oni također posjeduju unutarnju rotaciju u obliku svog spina, što znači da će elektroni s električnim nabojem - tj. "Nabijeni leptoni" - stvarati magnetska polja. Oni su u mogućnosti komunicirati s drugom materijom samo slabom elektromagnetskom silom. Konačno, njihov naboj određuje jačinu tih interakcija, kao i snagu njihovog električnog polja i način reagiranja na vanjska električna ili magnetska polja.

Međutim, nitko nije sposoban za interakciju s materijom. U Standardnom modelu svaki lepton započinje bez unutarnje mase. Napunjeni leptoni dobivaju efektivnu masu interakcijom s Higgsovim poljem, dok neutrini ili ostaju bez mase ili imaju samo vrlo male mase.

Povijest studija:

Prvi lepton koji je identificiran bio je elektron, koji je otkrio britanski fizičar J.J. Thomson i njegovi kolege 1897. godine koristili su niz pokusa s katodnim cijevima. Sljedeća otkrića uslijedila su tijekom 1930-ih, što će dovesti do stvaranja nove klasifikacije slabo interaktivnih čestica koje su bile slične elektronima.

Prvo otkriće učinio je austrijsko-švicarski fizičar Wolfgang Pauli 1930. godine, koji je predložio postojanje neutrina elektrona kako bi se riješili načini na koje je beta raspadanje bilo u suprotnosti sa zakonom o očuvanju energije i Newtonovim zakonima kretanja (posebno o očuvanju Zamah i očuvanje kutnog zamaha).

Pozitron i muon otkrili su Carl D. Anders 1932. i 1936. Zbog mase muona, u početku je bilo pogrešno za meson. Ali zbog svog ponašanja (koje je podsjećalo na elektrone) i činjenice da nije bio podvrgnut snažnoj interakciji, muon je preklasificiran. Zajedno s elektronom i neutrinom elektrona, postao je dio nove skupine čestica poznatih kao "leptoni".

Godine 1962. tim američkih fizičara - koji se sastojao od Leona M. Ledermana, Melvina Schwartza i Jacka Steinbergera - uspio je otkriti interakcije muonskim neutrinom, pokazujući tako da postoji više vrsta neutrina. U isto vrijeme, teorijski fizičari postulirali su postojanje mnogih drugih okusa neutrina, što bi se na kraju moglo eksperimentalno potvrditi.

Čestica tau uslijedila je 1970-ih zahvaljujući eksperimentima fizičara Martina Lewisa Perla i njegovih kolega iz Nacionalnog laboratorija za ubrzanje SLAC-a. Dokazi o povezanom neutrinu slijedili su zahvaljujući ispitivanju propadanja tau, koje je pokazalo da nedostaju energija i zamah analogan nedostajućoj energiji i zamahu uzrokovanom beta raspadom elektrona.

2000. godine tau neutrino je izravno opaženo zahvaljujući izravnom promatranju eksperimenta NU Tau (DONUT) u Fermilabu. Ovo bi bila posljednja čestica Standardnog modela koja je primijećena do 2012. godine, kada je CERN objavio da je otkrio česticu koja je vjerojatno dugo tražena Higgs Boson.

Danas postoje neki fizičari čestica koji vjeruju da još uvijek postoje leptoni koji čekaju da budu pronađeni. Te čestice četvrte generacije, ako su doista stvarne, postojale bi izvan standardnog modela fizike čestica i vjerojatno bi djelovale na materiju na još egzotičniji način.

Ovdje smo pisali mnoge zanimljive članke o Leptonu i subatomskim česticama u časopisu Space Magazine. Evo što su subatomske čestice ?, što su barioni ?, prvi udari LHC-a, pronađene dvije nove subatomske čestice i fizičari možda, samo možda, potvrde moguće otkriće pete sile prirode.

Za više informacija, SLAC-ov Virtualni centar za posjetitelje dobro se upoznaje s Leptonovima i svakako provjerite Pregled podataka o česticama podataka o česticama (PDG).

Astronomy Cast također ima epizode na tu temu. Evo epizode 106: Potraga za teorijom svega i Epizoda 393: Standardni model - Lepton & Quarks.

izvori: