Leptonit

Lepton  ( l )
Yhdiste perushiukkanen
Perhe Fermion
Sukupolvi Leptoneita on kaikissa kolmessa sukupolvessa
Osallistuu vuorovaikutukseen Gravitaatio [1] , heikko ja sähkömagneettinen
Antihiukkanen Antilepton ( l )
Tyyppien lukumäärä 6 ( elektroni , elektronineutrino , myon , myon neutrino , tau leptoni , tau neutrino )
kvanttiluvut
Sähkövaraus −1 e (varautuneet leptonit),
0 (neutriinot),
+1 e (varautuneet antileptonit)
värimaksu 0
baryonin numero 0
Pyöritä 1⁄2 g _ _ _
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Leptonit ( kreikaksi λεπτός  - valo) ovat perushiukkasia , joiden spin on puolikokonaisluku ja jotka eivät osallistu vahvaan vuorovaikutukseen . Kvarkkien ja mittabosonien ohella leptonit ovat olennainen osa standardimallia [2] .

Etymologia ja historia

Nimen "lepton" ehdotti L. Rosenfeld ( K. Möllerin ehdotuksesta ) vuonna 1948 [3] , ja se heijasteli sitä tosiasiaa, että kaikki tuolloin tunnetut leptonit olivat paljon kevyempiä kuin baryonien luokkaan kuuluvat raskaat hiukkaset ( βαρύς  - raskas). Nyt termin etymologia ei ole enää täysin yhdenmukainen todellisen asioiden kanssa, koska vuonna 1977 löydetty tau-leptoni on noin kaksi kertaa painavampi kuin kevyimmät baryonit ( protoni ja neutroni ).

Ominaisuudet

Kaikki leptonit ovat fermioneja , mikä tarkoittaa, että niiden spin on 1/2. Leptonit yhdessä kvarkkien kanssa (jotka osallistuvat kaikkiin neljään vuorovaikutukseen , mukaan lukien vahva) muodostavat perusfermionien luokan  - hiukkasia, jotka muodostavat aineen ja joilla ei tiettävästi ole sisäistä rakennetta.

Huolimatta siitä, että toistaiseksi ei ole löydetty kokeellisia viitteitä leptonien ei-pisterakenteesta, yritetään rakentaa teorioita, joissa leptonit (ja toinen ryhmä perusfermioneja  - kvarkit) olisivat yhdistelmäobjekteja. Kvarkeja ja leptoneja muodostavien hypoteettisten hiukkasten työnimi on preonit .

Leptonien hypoteettiset superpartnerit ovat bosonit, sleptonit [4] .

Leptonien sukupolvet

Leptoneja on kolme sukupolvea :

(sekä vastaavat antihiukkaset ).

Siten jokainen sukupolvi sisältää negatiivisesti varautuneen (varauksella -1 e ) leptonin, positiivisesti varautuneen (varauksella +1 e ) antileptonin sekä neutraaleja neutriinoja ja antineutriinoja. Niillä kaikilla on nollasta poikkeava massa , vaikka neutrinon massa on hyvin pieni verrattuna muiden alkuainehiukkasten massoihin (alle 1 elektronivoltti elektronineutriinolle).

Symboli Nimi Lataa Paino
Ensimmäinen sukupolvi
e- _ Elektroni −1 0,510998910(13 ) MeV / c²
v e Elektroninen neutrino 0 < 2 eV / s²
Toinen sukupolvi
μ − Muon −1 105,6583668(38) MeV / s²
νμ _ Muonin neutrino 0 < 0,19 MeV / c²
kolmas sukupolvi
τ − Tau lepton −1 1776,84(17) MeV / s²
ν τ Tau neutrino 0 < 18,2 MeV / s²

"Klassisten" (eli suhteellisen kevyiden ja heikosti vuorovaikutuksessa olevien) leptonien mahdollisten sukupolvien lukumäärä määritettiin Z 0 -bosonin hajoamisleveyden mittaamista koskevista kokeista  - se on kolme. Tarkkaan ottaen tämä ei sulje pois "steriilien" (ei osallistu heikkoon vuorovaikutukseen ) tai erittäin raskaiden (joiden massa on yli useita kymmeniä GeV, nimestä poiketen) leptonisukupolvien olemassaoloa. Leptonien sukupolvien lukumäärää ei ole vielä selitetty olemassa olevien teorioiden puitteissa. Melkein kaikki maailmankaikkeudessa havaitut prosessit näyttäisivät täsmälleen samalta, jos leptoneja olisi vain yksi sukupolvi [5] .

Leptonien yhteys mittabosoneihin ei riipu sukupolvelta, eli esimerkiksi heikon ja sähkömagneettisen vuorovaikutuksen näkökulmasta elektronia ei voi erottaa myonista ja tau-leptonista. Tämä ominaisuus (leptonin universaalisuus) on todistettu kokeellisesti Z-bosonin hajoamisleveyden mittauksissa sekä myonin ja tau-leptonien eliniän mittauksissa.

Lepton numero

Jokainen varautunut leptoni (elektroni, myoni, tau leptoni) vastaa kevyttä neutraalia leptonia - neutrinoa. Aikaisemmin uskottiin, että jokaisella leptonisukupolvella on oma (ns. maku  - englanninkielisestä  mausta ) leptonivaraus , eli leptoni voi syntyä vain yhdessä antileptonin kanssa sen sukupolvesta, joten ero lukumäärissä Kunkin sukupolven leptonien ja antileptonien määrä suljetussa järjestelmässä oli vakio. Tätä eroa kutsutaan elektroni-, myoni- tai tau-leptoniluvuksi riippuen kyseessä olevasta sukupolvesta. Leptonin leptoniluku on +1, antileptonin -1.

Neutriinovärähtelyjen löytämisen myötä havaittiin, että tätä sääntöä rikotaan: elektronineutrino voi muuttua myoniksi tai tau-neutriinoksi jne. Näin ollen makuleptoniluku ei säily. Kuitenkaan vielä ei ole löydetty prosesseja, joissa leptonien kokonaisluku (sukupolvesta riippumatta) ei säilyisi. Leptonlukua kutsutaan joskus leptonvaraukseksi, vaikka siihen ei liity mitään mittakenttää , toisin kuin sähkövarauksella . Leptonin luvun säilymislaki on kokeellinen tosiasia, eikä sillä ole vielä yleisesti hyväksyttyä teoreettista perustetta. Nykyaikaiset standardimallin laajennukset, jotka yhdistävät vahvan ja sähköheikon vuorovaikutuksen, ennustavat prosesseja, jotka eivät säilytä leptonilukua. Niiden matalaenergiset ilmentymät voivat olla vielä tuntemattomia neutriino-antineutriinovärähtelyjä ja neutriinitonta kaksoisbeetan hajoamista , jotka muuttavat leptonlukua kahdella yksiköllä.

Elinikä

Varautuneista leptoneista vain kevyin, elektroni (ja sen antihiukkanen, positron ), on stabiili. Raskaammat varautuneet leptonit hajoavat kevyemmiksi. Esimerkiksi negatiivinen myoni hajoaa elektroniksi, elektroniantineutriinoksi ja myonin neutriinoksi (näkee, että sekä kokonais- että makuleptoniluku säilyy tässä prosessissa) elinajan ollessa noin 2 μs . Tau-leptoni (elinikä noin 3⋅10 -13  s ) voi hajota paitsi leptonien, myös kevyiden hadronien ( kaonien ja pionien ) emission avulla . Neutriinojen hajoamista ei ole havaittu, ja niitä pidetään tällä hetkellä vakaina.

Massat

Varautuneiden leptonien massoille on saatu useita yksinkertaisia ​​empiirisiä säännönmukaisuuksia, kuten Koiden kaava ja Barut-kaava , joille ei ole yleisesti hyväksyttyä teoreettista selitystä.

Muistiinpanot

  1. ↑ Hämmästyttävä maailma atomiytimen sisällä. Kysymyksiä luennon jälkeen . Haettu 28. lokakuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 15. heinäkuuta 2015.
  2. ↑ Vakiomalli . Haettu 5. syyskuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 25. heinäkuuta 2015.
  3. ↑ Rosenfeld, L. Ydinvoimat (määrittelemätön) . – North-Holland Publishing Co , 1948.  
  4. ↑ Eksoottiset hiukkaset Supersymmetriset hiukkaset (SUSY-hiukkaset) . Käyttöpäivä: 16. joulukuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 5. maaliskuuta 2016.
  5. ↑ Ginzburg I.F. Perusfysiikan ratkaisemattomat ongelmat  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Venäjän tiedeakatemia , 2009. - T. 179 . - S. 525-529 . - doi : 10.3367/UFNr.0179.200905d.0525 .

Kirjallisuus

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa