ШТА СУ ЛЕПТОНИ?

Send

Током 19. и 20. века, физичари су почели да дубље истражују природу материје и енергије. Радећи то, брзо су схватили да правила која владају њима постају све замућенија како се дубље крећу. Док је претежна теорија била да је сва материја сачињена од недељивих атома, научници су почели да схватају да су атоми сами састављени од још мањих честица.

Из тих истраживања настао је Стандардни модел физике честица. Према овом моделу, сва материја у Универзуму састоји се од две врсте честица: хадрони - по којима Велики хадронски сударач (ЛХЦ) добија своје име - и лептони. Тамо где су хадрони састављени од других елементарних честица (кваркова, анти кваркова итд.), Лептони су елементарне честице које постоје самостално.

Дефиниција:

Реч лептон долази из грчког лептос, што значи „мали“, „фини“ или „танак“. Прва забележена употреба речи био је физичар Леон Росенфелд у својој књизиНуклеарне снаге (1948). У књизи је он приписивао употребу речи сугестији данског хемичара и физичара проф. Кристијана Моллера.

Израз је одабран да се односи на честице мале масе, пошто су једини познати лептони у Росенфелдово доба били муони. Ове елементарне честице су преко 200 пута масивније од електрона, али имају само једну девету масу протона. Заједно с кварковима, лептони су основни градивни блокови материје, па их се сматра „елементарним честицама“.

Врсте лептона:

Према Стандардном моделу, постоји шест различитих врста лептона. Ту се убрајају честице Елецтрон, Муон и Тау, као и њихови придружени неутрини (тј. Неутрон електрона, муонски неутрино и тау неутрино). Лептони имају негативан набој и изразиту масу, док њихови неутрини имају неутралан набој.

Електрони су најлакши, са масом од 0,000511 гигаелектронволта (ГеВ), док Муони имају масу од 0,1066 Гев, а честице Тау (најтеже) имају масу 1,777 Гев. Различите сорте елементарних честица обично се називају „ароме“. Иако су сва три укуса лептона различита и различита (у погледу њихове интеракције са другим честицама), они нису непроменљиви.

Неутрино може променити свој укус, процес који је познат и као „осцилација ароме неутрино“. Ово може имати неколико облика, укључујући соларно неутрино, атмосферско неутрино, нуклеарни реактор или осцилације снопа. У свим посматраним случајевима, осцилације су потврђене оним што се чинило дефицитом броја неутрина који се стварају.

Један уочени узрок има везе са „пропадањем муона“ (види доле), процес где муони мењају свој укус да би постали електронски неутрини или тау неутрини - зависно од околности. Поред тога, сва три лептона и њихови неутрини имају придружене античестице (антилептон).

За сваки, антилептони имају идентичну масу, али сва остала својства су обрнута. Ова парови се састоје од електрона / позитрона, муона / антимуона, тау / антитауа, електронског неутрина / електронског антинеутрина, муонског неутрина / муанског антинуетрина и тау неутрино / тау антинеутрина.

Постојећи стандардни модел претпоставља да не постоје више од три врсте (ака. Генерације) лептона са припадајућим неутринима. То се уклапа у експерименталне доказе који покушавају да моделирају процес нуклеосинтезе након Великог праска, где би постојање више од три лептона утицало на обиље хелијума у раном Универзуму.

Својства:

Сви лептони поседују негативан набој. Такође поседују унутрашњу ротацију у облику свог спина, што значи да ће електрони са електричним набојем - тј. "Наелектрисани лептони" - стварати магнетна поља. Они су у стању да комуницирају са другом материјом само слабом електромагнетном силом. Коначно, њихов набој одређује снагу тих интеракција, као и снагу њиховог електричног поља и начин реаговања на спољна електрична или магнетна поља.

Међутим, нико није способан да комуницира са материјом јаким силама. У стандардном моделу, сваки лептон полази без унутрашње масе. Напуњени лептони добијају ефективну масу интеракцијом са Хиггсовим пољем, док неутрини или остају без масе или имају само врло мале масе.

Историја студија:

Први лептон који је идентификован био је електрон, који је открио британски физичар Ј.Ј. Тхомсон и његови колеге 1897. године користили су низ експеримената са катодним цеви. Следећа открића уследила су током 1930-их, што ће довести до стварања нове класификације за слабе интеракције са честицама које су биле сличне електронима.

Прво откриће учинио је аустријско-швајцарски физичар Волфганг Паули 1930. године, који је предложио постојање електронског неутрина да би се решили начини на које је бета распадање било у супротности са законом о очувању енергије и Невтоновим законима кретања (конкретно о очувању Моментум и очување угаоног момента).

Позитрон и муон открили су Царл Д. Андерс 1932. и 1936. Због масе муона, у почетку је било погрешно мезон. Али због свог понашања (које је личило на електрона) и чињенице да није претрпео снажну интеракцију, муон је прекласификован. Упоредо са електроном и неутрином електрона, постао је део нове групе честица познатих као „лептони“.

1962. тим америчких физичара - који су се састојали од Леона М. Ледермана, Мелвина Сцхвартза и Јацка Стеинбергера - успели су да открију интеракције муонског неутрина, показујући тако да постоји више врста неутрина. У исто време, теоријски физичари су постулирали постојање многих других окуса неутрина, што би се на крају експериментално потврдило.

Честица тау уследила је 1970-их, захваљујући експериментима физичара Мартина Левиса Перла са његовим колегама из Националне лабораторије за убрзање СЛАЦ-а. Докази о њеном повезаном неутрину уследили су захваљујући проучавању распада тау-а, које је показало да недостају енергија и замах аналоган недостајућој енергији и замаху изазваном бета распадом електрона.

2000. године тау неутрино је директно примећен захваљујући директном посматрању експеримента НУ Тау (ДОНУТ) у Фермилабу. Ово би била последња честица Стандардног модела која је примећена до 2012. године, када је ЦЕРН објавио да је открио честицу која је вероватно дуго тражени Хиггс Босон.

Данас постоје неки физичари честица који верују да још увек постоје лептони који чекају да буду пронађени. Те честице „четврте генерације“, ако су заиста стварне, постојале би изван стандардног модела физике честица и вероватно ће комуницирати са материјом на још егзотичнији начин.

Овдје смо писали много занимљивих чланака о Лептону и субатомским честицама у часопису Спаце Магазине. Ево шта су субатомске честице ?, шта су баријони ?, први удари ЛХЦ-а, пронађене две нове субатомске честице и физичари можда, само можда, потврде могуће откриће пете силе природе.

За више информација, СЛАЦ-ов Виртуални центар за посетиоце има добар увод у Лептон-ове и будите сигурни да погледате Преглед података о честицама физике честица (ПДГ).

Астрономи Цаст такође има епизоде на ту тему. Ево епизоде 106: Потрага за теоријом свега и Епизода 393: Стандардни модел - Лептонс & Куаркс.

Извори: