MI A LEPTONS?

Send

A 19. és 20. században a fizikusok mélyen megvizsgálták az anyag és az energia természetét. Így gyorsan rájöttek, hogy az őket irányító szabályok egyre homályosabbá válnak, minél mélyebbre kerül. Míg a domináns elmélet az volt, hogy minden anyag oszthatatlan atomokból áll, a tudósok rájöttek, hogy az atomok maguk még kisebb részecskékből állnak.

Ezekből a vizsgálatokból született a részecskefizika standard modellje. E modell szerint az univerzumban minden anyag kétféle részecskéből áll: hadronok - amelyekből a Hadron ütköző (LHC) kapja a nevét - és a leptonok. Ahol a hadronok más elemi részecskékből állnak (kvarkok, antikvarkok stb.), A leptonok olyan elemi részecskék, amelyek önmagukban léteznek.

Meghatározás:

A lepton szó a görög nyelvből származik Leptos, ami azt jelenti, hogy „kicsi”, „finom” vagy „vékony”. A szó első rögzített használatát Leon Rosenfeld fizikus írta könyvébenNukleáris erők (1948). A könyvben a szó használatát a dán kémikus és fizikus prof. Christian Moller javaslatának tulajdonította.

A kifejezést úgy választották, hogy kis tömegű részecskékre vonatkozzon, mivel Rosenfeld idején az egyetlen ismert lepton a muonok volt. Ezek az elemi részecskék több mint 200-szor tömegebbek, mint az elektronok, de a proton tömegének csak körülbelül egy kilencedik része van. A kvarkok mellett a leptonok az anyag alapvető építőkövei, ezért „elemi részecskéknek” tekintik őket.

Leptonok típusai:

A standard modell szerint hat különböző típusú lepton létezik. Ide tartoznak az elektron, a muon és a tau részecskék, valamint a hozzájuk kapcsolódó neutrinók (azaz elektronneutrino, muonneutrino és tau neutrino). A leptonok negatív töltéssel és megkülönböztetett tömeggel rendelkeznek, míg a neutronok töltése semleges.

Az elektronok a legkönnyebbek, tömege 0,000511 gigaelektronvolt (GeV), míg a muonok tömege 0,1066 Gev és Tau részecskék (a legnehezebbek) tömege 1,777 Gev. Az elemi részecskék különböző fajtáit általában ízeknek nevezik. Habár a három lepton aromája különbözik és különbözik egymástól (más részecskékkel való kölcsönhatásuk szempontjából), ezek nem változhatatlanok.

A neutrinó megváltoztathatja az ízét, ezt a folyamatot úgynevezik „neutrinó íz-oszcillációnak”. Ennek számos formája létezik, amelyek magukban foglalják a napenergia-neutrinót, a légköri neutrinót, a nukleáris reaktort vagy a sugáráramot. Valamennyi megfigyelt esetben az oszcillációt megerősítette az, hogy a keletkező neutrinók számának hiányosságai bizonyultak.

Az egyik megfigyelt ok a „muon-bomlás” (lásd alább), egy olyan folyamat során zajlik, amelyben a muonok megváltoztatják az ízüket, és elektron körülményektől függően neutronos vagy tau neutrinosá válnak. Ezenkívül mindhárom leptonnak és neutrinoiknak van egy kapcsolódó részecske-ellenes részeik (antilepton).

Mindegyik antilepton tömege azonos, de az összes többi tulajdonság megfordul. Ezek a párosítások elektron / pozitron, muon / antimuon, tau / antitau, elektron neutrino / elektron antineutrino, muon neutrino / muan antinuetrino és tau neutrino / tau antineutrino elemeket tartalmaznak.

A jelen standard modell feltételezi, hogy a leptonoknak csak három típusa (más néven „generáció”) létezik, a hozzájuk kapcsolódó neutrinókkal. Ez összhangban áll azokkal a kísérleti bizonyítékokkal, amelyek megkísérelik modellezni a nukleoszintézis folyamatát a Nagyrobbanás után, amikor több mint három lepton létezése befolyásolta volna a hélium bőségét a korai világegyetemben.

Tulajdonságok:

Minden lepton negatív töltéssel rendelkezik. Emellett belső forgásuk is van spinjük formájában, ami azt jelenti, hogy az elektromos töltéssel rendelkező elektronok - azaz a „töltött leptonok” - mágneses mezőket generálnak. Csak gyenge elektromágneses erőkkel képesek kölcsönhatásba lépni más anyaggal. Végül a töltésük meghatározza ezen kölcsönhatások erősségét, valamint az elektromos mező erősségét és azt, hogy miként reagálnak a külső elektromos vagy mágneses mezőkre.

Egyik sem képes azonban az erővel erőkön keresztül kölcsönhatásba lépni az anyaggal. A standard modellben minden egyes lepton belső tömeg nélkül indul. A töltött leptonok a Higgs-mezővel való kölcsönhatás révén hatékony tömeget kapnak, míg a neutrinók vagy tömeg nélküliek, vagy csak nagyon kis tömegük vannak.

A tanulmány története:

Az első lepton, amelyet azonosítottak, az elektron volt, amelyet J.J. brit fizikus fedez fel. Thomson és kollégái 1897-ben katódsugárcsöves kísérletek sorozatát használják. A következő felfedezések az 1930-as években érkeztek, amelyek új osztályozás létrehozását eredményeznék az elektronokhoz hasonló, gyengén kölcsönhatásban lévő részecskék számára.

Az első felfedezést 1930-ban Wolfgang Pauli osztrák-svájci fizikus tette, aki javaslatot tett az elektronneutrinó létezésére annak érdekében, hogy megoldja azokat a módszereket, amelyekkel a béta-bomlás ellentmond az Energiamegőrzési Törvénynek és a Newton Mozgás Törvényének (különösképp a Légzés és a szögleges lendület megőrzése).

A pozitron és a muon 1932-ben és 1936-ban fedezte fel Carl D. Anders. A muon tömege miatt a mezon kezdetben hibás volt. De viselkedésének (amely hasonlított egy elektron viselkedéséhez) és annak a ténynek köszönhetően, hogy nem ment keresztül erős kölcsönhatásba, a muont átsorolták. Az elektron és az elektronneutrinóval együtt egy új részecskecsoport részévé vált, amelyet „leptonoknak” hívnak.

1962-ben az amerikai fizikusok csoportja - Leon M. Ledermanből, Melvin Schwartzből és Jack Steinbergerből állva - képes volt felismerni a müonneutrinó kölcsönhatásait, ezáltal megmutatva, hogy egynél több típusú neutrinó létezik. Ugyanakkor az elméleti fizikusok posztulálják a neutrínók sok más ízének létezését, amelyet végül kísérletileg megerősítenek.

A tau részecske az 1970-es években követte a Nobel-díjas fizikus, Martin Lewis Perl és kollégái által végzett kísérleteknek köszönhetően a SLAC Nemzeti Gyorsító laboratóriumban. A tau-bomlás vizsgálatának eredményeként bebizonyosodott a kapcsolódó neutrinóval kapcsolatban, amely kimutatta a hiányzó energiát és lendületet, amely analóg a hiányzó energiához és lendülethez, amelyet az elektronok béta-bomlása okozott.

2000-ben a tau neutrinót közvetlenül megfigyelték a NU Tau (DONUT) kísérlet közvetlen megfigyelésének köszönhetően a Fermilabon. Ez lenne a standard modell utolsó részecskéje, amelyet 2012-ig kell megfigyelni, amikor a CERN bejelentette, hogy észlel egy olyan részecskét, amely valószínűleg a régóta keresett Higgs Boson.

Manapság vannak olyan részecskefizikusok, akik úgy gondolják, hogy vannak még leptonok, amelyek még mindig megtalálhatók. Ezek a „negyedik generációs” részecskék, ha valóban valók, léteznek a részecskefizika standard modelljén túl, és valószínűleg még egzotikusabb módon lépnek kölcsönhatásba az anyaggal.

Sok érdekes cikket írtunk a Leptonokról és a szubatomi részecskékről itt a Space Magazine-ban. Itt vannak: Melyek a szubatomi részecskék ?, Melyek a baryonok ?, Az LHC első ütközései, két talált új szubatómiai részecske és a fizikusok, talán, csak talán, megerősítik az ötödik természeti erő lehetséges felfedezését.

További információkért a SLAC Virtuális Látogatóközpontja jó bevezetést nyújt a Leptonokhoz, és győződjön meg arról, hogy megnézte a részecskefizika áttekintését a részecske-adatcsoport (PDG) áttekintésében.

A csillagászat szereplői is vannak epizódok a témában. Itt található a 106. epizód: A mindent elméletének keresése, és a 393. epizód: A szokásos modell - Leptonok és kvarkok.

Forrás: