Тау (частица) - Википедия - Tau (particle)

Не путать с τ+ из τ – θ загадка, который теперь идентифицируется как Каон.
Тауон
СочинениеЭлементарная частица
СтатистикаФермионный
ПоколениеВ третьих
ВзаимодействияСила тяжести, Электромагнитный, Слабый
Символ
τ−
АнтичастицаАнтитау (
τ+
)
ОбнаруженныйМартин Льюис Перл и другие. (1975)[1][2]
Масса1776.86±0,12 МэВ /c2[3]
Средняя продолжительность жизни(2.903±0.005)×10−13 s[3]
Электрический заряд−1 е[3]
Цвет зарядаНикто
Вращение1/2[3]
Слабый изоспинLH: −1/2, RH: 0
Слабый гиперзарядLH: -1, RH: −2

В тау (τ), также называемый тау лептон, тау частица, или же тауон, является элементарная частица похож на электрон, с отрицательной электрический заряд и вращение 1/2. Словно электрон, то мюон, а три нейтрино, тау - это лептон, и, как и все элементарные частицы с полуцелым спином, тау имеет соответствующий античастица противоположного заряда, но равного масса и крутить. В случае с тау это «антитау» (также называемый положительный тау). Частицы тау обозначаются
τ−
 и антитау
τ+
.

Тау лептоны имеют время жизни 2.9×10−13 s и масса из 17760,86 МэВ /c2 (в сравнении с 105,66 МэВ /c2 для мюонов и 0,511 МэВ /c2 для электронов). Поскольку их взаимодействия очень похожи на взаимодействия электрона, тау можно рассматривать как гораздо более тяжелую версию электрона. Из-за своей большей массы частицы тау не излучают столько тормозное излучение как 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 сверхвысокой скорости и энергии (см. Выше петаэлектронвольт энергии), когда замедление времени увеличивает длину их пути.[4]

Как и в случае с другими заряженными лептонами, у тау есть связанный тау-нейтрино, обозначаемый
ν
τ.

История

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 в АДОНЕ объект в 1969 году, когда ускоритель был введен в эксплуатацию, однако ускоритель, который он использовал, не имел достаточно энергии для поиска частицы тау. [5][6][7]

Тау был независимо предсказан в статье 1971 г. Юнг-су Цай.[8] Обеспечивая теорию этого открытия, тау был обнаружен в серии экспериментов между 1974 и 1977 гг. Мартин Льюис Перл с его коллегами и Цаем по Стэнфордский центр линейных ускорителей (SLAC) и Национальная лаборатория Лоуренса Беркли (LBL) группа.[2] Их оборудование состояло из SLAC тогда новый
е+
–
е−
 сталкивающееся кольцо, называемое КОПЬЕ, 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 для D-мезон производство. Масса и вращение тау были впоследствии установлены в результате работы, проведенной в DESY -Гамбург с двухканальным спектрометром (DASP) и SLAC-Stanford с КОПЬЕ Прямой счетчик электронов (DELCO),

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

Мартин Льюис Перл поделился 1995 Нобелевская премия по физике с Фредерик Райнес. Последний получил свою долю премии за экспериментальное открытие нейтрино.

Распад тау

Диаграмма Фейнмана распадов тау испусканием вне оболочки W-бозон.

Тау - единственный лептон, который может распадаться на адроны - остальные лептоны не имеют необходимой массы. Как и другие моды распада тау, адронный распад происходит через слабое взаимодействие.[10][а]

В коэффициент ветвления преобладающих адронных распадов тау:[3]

  • 25,49% на распад 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.

В коэффициент ветвления из распространенных чисто лептонных распадов тау:[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 лептонная универсальность.

Экзотические атомы

По прогнозам, тау-лептон образует экзотические атомы как и другие заряженные субатомные частицы. Один из таких, названный тауонием по аналогии с мюоний, состоит из антитауона и электрона:
τ+

е−
.[11]

Еще один оний атом
τ+

τ−
 называется настоящий тауоний и его трудно обнаружить из-за чрезвычайно короткого времени жизни тау при низких (нерелятивистских) энергиях, необходимых для образования этого атома. Его обнаружение важно для квантовая электродинамика.[11]

Смотрите также

Сноски

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

Рекомендации

  1. ^ Л. Б. Окунь (1980). Лептоны и кварки. В.И. Кисин (пер.). Издательство Северной Голландии. п. 103. ISBN  978-0444869241.
  2. ^ а б Perl, M. L .; 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 ". Письма с физическими проверками. 35 (22): 1489. Bibcode:1975ПхРвЛ..35.1489П. Дои:10.1103 / PhysRevLett.35.1489.
  3. ^ а б c d е ж M. Tanabashi et al. (Группа данных по частицам) (2018). «Обзор физики элементарных частиц». Физический обзор D. 98 (3): 030001. Bibcode:2018PhRvD..98c0001T. Дои:10.1103 / PhysRevD.98.030001.
  4. ^ Д. Фаргион; П.Г. де Санктис Лучентини; М. де Сантис; М. Гросси (2004). "Дожди тау с Земли". Астрофизический журнал. 613 (2): 1285–1301. arXiv:hep-ph / 0305128. Bibcode:2004ApJ ... 613.1285F. Дои:10.1086/423124.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  5. ^ А. Зичичи (1996). Основы последовательных поисков тяжелых лептонов. В: Ньюман Х. Б., Ипсилантис Т. (редакторы) История оригинальных идей и основных открытий в физике элементарных частиц. Серия НАТО ASI (Серия B: Физика), том 352. Спрингер, Бостон. С. 227–275.
  6. ^ Жерар т Хофт (1996). В поисках лучших строительных блоков. Издательство Кембриджского университета. п. 111.
  7. ^ Происхождение третьего семейства: в честь А. Зичичи в XXX-летие предложения о поисках третьего лептона на Адоне. World Scientific Publishing Co. Pte. ООО
  8. ^ Цай, Юнг-Су (1 ноября 1971 г.). "Корреляции распада тяжелых лептонов в e+ + е− → л+ + l−". Физический обзор D. 4 (9): 2821. Bibcode:1971ПхРвД ... 4.2821Т. Дои:10.1103 / PhysRevD.4.2821.
  9. ^ М.Л. 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. ^ а б Бродский, Стэнли Дж .; Лебедь, Ричард Ф. (2009). "Производство мельчайшего атома КЭД: истинного мюония (μ+μ−)". Письма с физическими проверками. 102 (21): 213401. arXiv:0904.2225. Bibcode:2009ПхРвЛ.102у3401Б. Дои:10.1103 / PhysRevLett.102.213401. PMID  19519103.

внешняя ссылка