Leptony

Leptony ( řecky λεπτός  - světlo) jsou základní částice s polovičním celočíselným spinem , které se neúčastní silné interakce . Spolu s kvarky a kalibračními bosony tvoří nedílnou součást standardního modelu leptony [2] .

Etymologie a historie

Název „lepton“ navrhl L. Rosenfeld (na návrh K. Möllera ) v roce 1948 [3] a odrážel skutečnost, že všechny v té době známé leptony byly mnohem lehčí než těžké částice zařazené do třídy baryonů ( βαρύς  - těžký). Nyní již etymologie termínu plně neodpovídá skutečnému stavu věcí, protože tau lepton objevený v roce 1977 je asi dvakrát těžší než nejlehčí baryony ( proton a neutron ).

Vlastnosti

Všechny leptony jsou fermiony , což znamená, že jejich rotace je 1/2. Leptony spolu s kvarky (které se účastní všech čtyř interakcí včetně té silné) tvoří třídu fundamentálních fermionů  - částic, které tvoří hmotu a které, pokud je známo, nemají žádnou vnitřní strukturu.

Navzdory tomu, že dosud nebyly nalezeny žádné experimentální náznaky bezbodové struktury leptonů, jsou činěny pokusy o konstrukci teorií, ve kterých by leptony (a další skupina fundamentálních fermionů  - kvarky) byly složenými objekty. Pracovní název pro hypotetické částice, které tvoří kvarky a leptony, je preony .

Hypotetickými superpartnery leptonů jsou bosony, sleptony [4] .

Generace leptonů

Existují tři generace leptonů:

• první generace: elektron , elektronové neutrino
• druhá generace: mion , mionové neutrino
• třetí generace: tau lepton , tau neutrino

Každá generace tedy obsahuje záporně nabitý (s nábojem −1 e ) lepton, kladně nabitý (s nábojem +1 e ) antilepton a neutrální neutrina a antineutrina. Všechny mají nenulovou hmotnost , i když hmotnost neutrin je velmi malá ve srovnání s hmotnostmi jiných elementárních částic (méně než 1 elektronvolt pro elektronové neutrino).

Počet možných generací "klasických" (tj. relativně lehkých a zapojených do slabé interakce) leptonů byl stanoven z experimentů na měření šířky rozpadu bosonu Z 0  - je roven třem. Přísně vzato to nevylučuje možnost existence „sterilních“ (neúčastnících se slabé interakce ) nebo velmi těžkých (o hmotnosti více než několik desítek GeV, na rozdíl od názvu) generací leptonů. Počet generací leptonů nebyl dosud v rámci existujících teorií vysvětlen. Téměř všechny procesy pozorované ve vesmíru by vypadaly úplně stejně, kdyby existovala pouze jedna generace leptonů [5] .

Spojení leptonů s kalibračními bosony nezávisí na generaci, to znamená, že z hlediska slabé a elektromagnetické interakce je například elektron nerozeznatelný od mionu a leptonu tau. Tato vlastnost (univerzálnost leptonu) byla experimentálně ověřena při měření šířky rozpadu Z-bosonu a při měření životnosti mionu a tau leptonu.

Leptonové číslo

Každý nabitý lepton (elektron, mion, tau lepton) odpovídá lehkému neutrálnímu leptonu – neutrinu. Dříve se věřilo, že každá generace leptonů má svůj vlastní (tzv. aroma  - z anglického  flavor ) leptonový náboj , - jinými slovy, lepton může vzniknout pouze společně s antileptonem z jeho generace, takže rozdíl v počtu leptonů a antileptonů každé generace v uzavřeném systému bylo konstantní. Tento rozdíl se nazývá elektronové, mionové nebo tau leptonové číslo, v závislosti na příslušné generaci. Leptonové číslo leptonu je +1, antilepton je −1.

S objevem oscilací neutrin bylo zjištěno, že toto pravidlo je porušeno: elektronové neutrino se může změnit na mionové nebo tau neutrino atd. Leptonové číslo příchuti tedy není zachováno. Procesy, ve kterých by se celkový počet leptonů (nezávisle na generaci) nezachoval, však dosud nebyly objeveny. Leptonovému číslu se někdy říká leptonový náboj, i když na rozdíl od elektrického náboje s ním není spojeno žádné měřicí pole . Zákon zachování leptonového čísla je experimentálním faktem a zatím nemá obecně přijímané teoretické opodstatnění. Moderní rozšíření standardního modelu , která kombinují silné a elektroslabé interakce, předpovídají procesy, které nešetří leptonové číslo. Jejich nízkoenergetickým projevem mohou být dosud neobjevené neutrino-antineutrinové oscilace a bezneutrinový dvojitý beta rozpad , které mění leptonové číslo o dvě jednotky.

Doživotí

Z nabitých leptonů je stabilní pouze nejlehčí z nich, elektron (a jeho antičástice, pozitron ). Těžší nabité leptony se rozpadají na lehčí. Například záporný mion se rozpadá na elektron, elektronové antineutrino a mionové neutrino (je vidět, že jak celková, tak i chuťová leptonová čísla jsou v tomto procesu zachována) s životností asi 2 μs . Tau lepton (životnost asi 3⋅10 −13  s ) se může rozpadnout emisí nejen leptonů, ale i lehkých hadronů ( kaonů a pionů ). Nebyl detekován žádný rozpad neutrin a v současnosti jsou považována za stabilní.

Mše

Pro hmotnosti nabitých leptonů bylo získáno několik jednoduchých empirických pravidelností, jako je Koideho vzorec a Barutův vzorec , které nemají žádné obecně přijímané teoretické vysvětlení.

Poznámky

1. ↑ Úžasný svět uvnitř atomového jádra. Otázky po přednášce . Získáno 28. října 2014. Archivováno z originálu 15. července 2015. (neurčitý)
2. ↑ Standardní model . Získáno 5. září 2015. Archivováno z originálu 25. července 2015. (neurčitý)
3. ↑ Rosenfeld, L. Nuclear Forces (neurčité) . — North-Holland Publishing Co , 1948.  
4. ↑ Exotické částice Supersymetrické částice (SUSY-částice) . Datum přístupu: 16. prosince 2015. Archivováno z originálu 5. března 2016. (neurčitý)
5. ↑ Ginzburg I.F. Nevyřešené problémy základní fyziky  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ruská akademie věd , 2009. - T. 179 . - S. 525-529 . - doi : 10.3367/UFNr.0179.200905d.0525 . (Ruština)

Literatura

• K. Nakamura a kol. (Skupina údajů o částicích). Přehled částicové fyziky  //  J. Phys. G. - 2010. - Sv. 37 . — P. 075021 .

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Skvělý norský Velký Rus Britannica (online) Treccani
V bibliografických katalozích	BNF : 12004917m GND : 4035396-5 J9U : 987007562936105171 LCCN : sh85076124 NKC : ph867775