ČO Sú LEPTONY?

Send

V priebehu 19. a 20. storočia začali fyzici skúmať podstatu hmoty a energie. Pritom si rýchlo uvedomili, že pravidlá, ktorými sa riadia, sa stále viac stierajú tým hlbším. Zatiaľ čo prevládala teória, že všetka hmota bola tvorená nedeliteľnými atómami, vedci si začali uvedomovať, že atómy sú samy o sebe zložené z ešte menších častíc.

Z týchto výskumov vznikol štandardný model fyziky častíc. Podľa tohto modelu je všetka hmota vo vesmíre zložená z dvoch druhov častíc: hadrónov - od ktorých dostane názov Veľký Hadron Collider (LHC) - a leptóny. Ak sú hadróny zložené z iných elementárnych častíc (kvarky, antikvarky atď.), Leptóny sú elementárne častice, ktoré existujú samy osebe.

Definícia:

Slovo lepton pochádza z gréčtiny Leptos, čo znamená „malý“, „jemný“ alebo „tenký“. Prvé zaznamenané použitie slova bol fyzik Leon Rosenfeld vo svojej kniheJadrové sily (1948). V knihe prisúdil použitie slova návrhu dánskeho chemika a fyzika Prof. Christiana Mollera.

Tento termín bol zvolený tak, aby odkazoval na častice malej hmotnosti, pretože jediné známe leptóny v Rosenfeldovom čase boli mióny. Tieto elementárne častice sú viac ako 200-krát hmotnejšie ako elektróny, ale majú len asi jednu devätinu hmotnosti protónu. Spolu s kvarkmi sú leptóny základnými stavebnými kameňmi hmoty, a preto sa považujú za „elementárne častice“.

Druhy leptonov:

Podľa štandardného modelu existuje šesť rôznych druhov leptónov. Patria sem častice elektrónu, muónu a Tau, ako aj s nimi spojené neutrína (t.j. elektrónové neutrino, miónové neutrino a tau neutrino). Leptony majú záporný náboj a zreteľnú hmotnosť, zatiaľ čo ich neutrína majú neutrálny náboj.

Elektróny sú najľahšie s hmotnosťou 0,000511 gigaelektronvoltov (GeV), zatiaľ čo muóny majú hmotnosť 0,1066 Gev a častice Tau (najťažšie) majú hmotnosť 1,777 Gev. Rôzne odrody elementárnych častíc sa bežne nazývajú „príchute“. Aj keď každá z troch leptonových príchutí je odlišná a odlišná (pokiaľ ide o ich interakcie s inými časticami), nie sú nemenné.

Neutrino môže zmeniť svoju chuť, proces, ktorý je známy ako „oscilácia arómy neutrína“. Môže to mať niekoľko foriem, medzi ktoré patrí solárne neutrino, atmosférické neutrino, jadrový reaktor alebo oscilácie lúčov. Vo všetkých pozorovaných prípadoch sa oscilácie potvrdili tým, čo sa javilo ako deficit v počte vytvorených neutrín.

Jedna pozorovaná príčina súvisí s „rozpadom miónov“ (pozri nižšie), procesom, pri ktorom mióny menia svoju chuť na elektrónové neutrína alebo tau neutrína - v závislosti od okolností. Okrem toho majú všetky tri leptóny a ich neutrína pridružené antičastice (antilepton).

Pre každú z nich majú antileptony rovnakú hmotnosť, ale všetky ostatné vlastnosti sú obrátené. Tieto párovania pozostávajú z elektrónu / pozitrónu, miónu / antimónu, tau / antitau, elektrónového neutrína / elektrónového antineutrína, miónového neutrína / muánového antinetínu a tau neutrínového / tau-antineutrína.

Súčasný štandardný model predpokladá, že neexistujú viac ako tri typy (generácie) leptonov s pridruženými neutrínmi. Toto je v súlade s experimentálnymi dôkazmi, že pokusy modelovať proces nukleosyntézy po Veľkom tresku, kde by existencia viac ako troch leptonov ovplyvnila množstvo hélia v ranom vesmíre.

Vlastnosti:

Všetky leptóny majú negatívny náboj. Majú tiež vnútornú rotáciu vo forme ich spinov, čo znamená, že elektróny s elektrickým nábojom - t. J. „Nabité leptóny“ - budú generovať magnetické polia. Dokážu interagovať s inou hmotou, iba ak sú slabé elektromagnetické sily. Nakoniec ich náboj určuje silu týchto interakcií, ako aj silu ich elektrického poľa a ako reagujú na vonkajšie elektrické alebo magnetické polia.

Žiadny z nich však nie je schopný interakcie s hmotou prostredníctvom silných síl. V štandardnom modeli začína každý leptón bez vlastnej hmoty. Nabité leptóny získavajú účinnú hmotu prostredníctvom interakcií s Higgsovým poľom, zatiaľ čo neutrína buď zostávajú bezhmotné alebo majú iba veľmi malé hmotnosti.

Dejiny štúdia:

Prvým leptonom, ktorý bol identifikovaný, bol elektrón, ktorý objavil britský fyzik J.J. Thomson a jeho kolegovia v roku 1897 pomocou série experimentov s katódovou trubicou. Ďalšie objavy prišli v 30. rokoch 20. storočia, čo viedlo k vytvoreniu novej klasifikácie pre slabo interagujúce častice podobné elektrónom.

Prvý objav urobil rakúsko-švajčiarsky fyzik Wolfgang Pauli v roku 1930, ktorý navrhol existenciu elektrónového neutrína s cieľom vyriešiť spôsoby, ktorými beta rozpad odporoval zákonu o ochrane energie, a Newtonovým zákonom o pohybe (konkrétne Zachovanie Zachovanie hybnosti.

Pozitron a mión objavili Carl D. Anders v roku 1932, respektíve 1936. Kvôli hmotnosti muónu sa spočiatku mýlil za mezón. Ale kvôli jeho správaniu (ktoré sa podobalo správaniu elektrónu) a skutočnosti, že nepodstúpil silnú interakciu, bol mión preklasifikovaný. Spolu s elektrónom a elektrónovým neutrinom sa stal súčasťou novej skupiny častíc známych ako „lepton“.

V roku 1962 bol tím amerických fyzikov - Leon M. Lederman, Melvin Schwartz a Jack Steinberger - schopný odhaliť interakcie muónového neutrína, čo ukazuje, že existuje viac ako jeden druh neutrína. Zároveň teoretickí fyzici predpokladali existenciu mnohých ďalších príchutí neutrín, čo by sa nakoniec potvrdilo experimentálne.

Častice tau nasledovali v 70-tych rokoch minulého storočia vďaka experimentom vedúceho nositeľa Nobelovej ceny Martina Lewisa Perla a jeho kolegov v Národnom urýchľovacom laboratóriu SLAC. Dôkazy o pridruženom neutríne nasledovali vďaka štúdiu rozkladu tau, ktorý ukázal chýbajúcu energiu a hybnosť analogickú s chýbajúcou energiou a hybnosťou spôsobenú beta rozpadom elektrónov.

V roku 2000 bolo tau neutrino priamo pozorované vďaka experimentu priameho pozorovania experimentu NU Tau (DONUT) vo Fermilab. Toto by bola posledná častica štandardného modelu, ktorá sa bude pozorovať do roku 2012, keď spoločnosť CERN oznámila, že zistila časticu, ktorá bola pravdepodobne dlho vyhľadávaným Higgsovým Bosonom.

Dnes sú niektorí fyzici častíc, ktorí veria, že leptóny stále čakajú na nájdenie. Tieto častice „štvrtej generácie“, ak sú skutočne skutočné, by existovali nad rámec štandardného modelu fyziky častíc a pravdepodobne by interagovali s hmotou ešte exotickejšími spôsobmi.

Tu sme napísali veľa zaujímavých článkov o leptonoch a subatomárnych časticiach tu v časopise Space Magazine. Tu sú Čo sú subatomárne častice ?, Čo sú baryóny ?, prvé zrážky LHC, nájdené dve nové subatomické častice a fyzici možno len možno len potvrdia možný objav 5. sily prírody.

Pre viac informácií je Virtuálne centrum pre návštevníkov spoločnosti SLAC dobrým úvodom do programu Leptons a nezabudnite sa pozrieť na prehľad časti fyziky častíc (PDG).

Astronomy Cast má tiež epizódy na túto tému. Tu je Epizóda 106: Hľadanie teórie všetkého a Epizóda 393: Štandardný model - Leptons & Quarks.

zdroj: