Тау (частица)
 с | |
| Состав | Элементарная частица |
|---|---|
| Статистика | фермионный |
| Семья | Лептон |
| Поколение | Третий |
| Взаимодействия | Гравитационное , электромагнитное , слабое |
| Символ | т − |
| Античастица | Антитау ( т + ) |
| Обнаруженный | Мартин Льюис Перл и др. (1975) [1] [2] |
| Масса | 3.167 54 (21) × 10 −27 кг [3] 1 776 .86(12) МэВ/ c 2 [4] [5] |
| Средний срок службы | 2.903(5) × 10 −13 с [5] |
| Электрический заряд | −1 и [5] |
| Цветовой заряд | Никто |
| Вращаться | 1/2 часа [5] |
| Слабый изоспин | ЛХ : − 1/2 правая , : высота 0 |
| Слабый гиперзаряд | Левая : -1, Правая : -2 |
Тау , ( τ ), также называемый тау-лептоном , тау-частицей , тауоном или тау-электроном , представляет собой элементарную частицу похожую на электрон, с отрицательным электрическим зарядом и спином 1/2 . Подобно электрону , мюону и трем нейтрино , тау является лептоном , и, как и все элементарные частицы с полуцелым спином, тау имеет соответствующую античастицу с противоположным зарядом, но равной массой и спином. В случае тау это «антитау» (также называемый положительным тау ). Тау-частицы обозначаются символом
т −
и антитаус
т +
.
Тау-лептоны имеют время жизни 2,9 × 10. −13 с и массой . 1 776,9 МэВ / c 2 (по сравнению с 105,66 МэВ / c 2 для мюонов и 0,511 МэВ / c 2 для электронов). Поскольку их взаимодействия очень похожи на взаимодействия электрона, тау можно рассматривать как гораздо более тяжелую версию электрона. Из-за своей большей массы тау-частицы не излучают столько тормозного излучения (тормозного излучения), сколько электроны; следовательно, они потенциально обладают гораздо большей проникающей способностью, чем электроны.
Из-за его короткого времени жизни дальность действия тау в основном определяется длиной его распада, которая слишком мала, чтобы тормозное излучение было заметно. Его проникающая способность проявляется только при сверхвысокой скорости и энергии (выше энергии петаэлектронвольта ), когда замедление времени увеличивает его длину пути, которая в противном случае была бы очень короткой. [6]
Как и в случае с другими заряженными лептонами, тау имеет связанное тау-нейтрино , обозначаемое
н
т .
История [ править ]
Поиски тау начались в 1960 году в ЦЕРНе группой Болонья-ЦЕРН-Фраскати (BCF) под руководством Антонино Зичичи . Зичичи высказал идею нового последовательного тяжелого лептона, называемого теперь тау, и изобрел метод поиска. Он провел эксперимент на установке ADONE в 1969 году, когда ее ускоритель заработал; однако у ускорителя, который он использовал, не хватило энергии для поиска частицы тау. [7] [8] [9]
Тау было независимо предсказано в статье Юнг-су Цая в 1971 году . [10] В качестве теории этого открытия тау был обнаружен в серии экспериментов между 1974 и 1977 годами Мартином Льюисом Перлом вместе с его коллегами и коллегами Цая из Стэнфордского центра линейных ускорителей (SLAC) и группы Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (LBL). [1] Их оборудование состояло из SPEAR нового на тот момент электрон-позитронного сталкивающегося кольца SLAC, названного , и магнитного детектора LBL. Они могли обнаруживать и различать лептоны, адроны и фотоны . Они не обнаружили тау напрямую, а скорее обнаружили аномальные события:
«Мы обнаружили 64 события вида
Это +
+
Это −
→
Это ±
+
м ∓
+ минимум две необнаруженные частицычему у нас нет традиционного объяснения».
Необходимость по крайней мере в двух необнаруженных частицах была показана невозможностью сохранить энергию и импульс только с помощью одной. Однако никаких других мюонов, электронов, фотонов или адронов обнаружено не было. Было высказано предположение, что этим событием было рождение и последующий распад новой пары частиц:
-
Это +
+
Это −
→
т +
+
т −
→
Это ±
+
м ∓
+ 4
н
Это было трудно проверить, поскольку энергия для производства
т +
т −
пара аналогична порогу рождения D-мезона . Масса и спин тау были впоследствии установлены в ходе работы, проделанной в DESY -Гамбурге с помощью двухплечевого спектрометра (DASP) и в SLAC-Стэнфорде с помощью прямого электронного счетчика SPEAR (DELCO).
Символ τ произошел от греческого τρίτον ( тритон , что по-английски означает «третий»), поскольку это был третий открытый заряженный лептон. [11]
Мартин Льюис Перл разделил Нобелевскую премию по физике 1995 года с Фредериком Рейнсом . Последний был удостоен своей доли премии за экспериментальное открытие нейтрино .
Распад Тау [ править ]
Тау — единственный лептон, который может распадаться на адроны — массы других лептонов слишком малы. Как и лептонные моды распада тау, адронный распад происходит через слабое взаимодействие . [12] [а]
Фракции ветвления доминирующих адронных тау-распадов: [5]
- 25,49% для распада на заряженный пион , нейтральный пион и тау-нейтрино;
- 10,82% для распада на заряженный пион и тау-нейтрино;
- 9,26% для распада на заряженный пион, два нейтральных пиона и тау-нейтрино;
- 8,99% для распада на три заряженных пиона (два из которых имеют одинаковый электрический заряд) и тау-нейтрино;
- 2,74% для распада на три заряженных пиона (два из которых имеют одинаковый электрический заряд), нейтральный пион и тау-нейтрино;
- 1,04% для распада на три нейтральных пиона, заряженный пион и тау-нейтрино.
В общей сложности тау-лептон будет адронно распадаться примерно 64,79% времени.
Доли ветвления обычных чисто лептонных тау-распадов: [5]
- 17,82% для распада на тау-нейтрино, электрон и электронное антинейтрино;
- 17,39% для распада на тау-нейтрино, мюон и мюонное антинейтрино.
Близость значений двух фракций ветвления является следствием универсальности лептона .
Экзотические атомы [ править ]
Предполагается, что тау-лептон образует экзотические атомы , как и другие заряженные субатомные частицы. Один из таких состоит из антитау и электрона:
т +
Это −
, называемый тауонием .
Еще один ониия . атом
т +
т −
называемый дитауоний или истинный тауоний , обнаружить который сложно из-за сложности его образования из двух (противоположных знаков) короткоживущих тау-лептонов. [13]
Его экспериментальное обнаружение могло бы стать интересной проверкой квантовой электродинамики . [14]
См. также [ править ]
Сноски [ править ]
- ^ Поскольку число тауонных лептонов сохраняется при слабых распадах, тау-нейтрино всегда создается при распаде тау. [12]
Ссылки [ править ]
- ^ Перейти обратно: а б
Перл, ML; Абрамс, Г.; Боярский А.; Брайденбах, М .; Бриггс, Д.; Булос, Ф.; Чиновский, В.; Дакин, Дж.; Фельдман, Г. (1975). «Доказательства аномального образования лептонов в
Это +
Это −
Аннигиляция». Physical Review Letters . 35 (22): 1489. Бибкод : 1975PhRvL..35.1489P . doi : 10.1103/PhysRevLett.35.1489 . - ^ Окунь, Л.Б. (1980). Лептоны и кварки . Перевод Кисина, В.И. Издательство «Северная Голландия» . п. 103. ИСБН 978-0444869241 .
- ^ «Значение CODATA 2022: масса тау» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ «Значение CODATA 2022: энергетический эквивалент тау» . Справочник NIST по константам, единицам измерения и неопределенности . НИСТ . Май 2024 года . Проверено 18 мая 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Это ж Танабаши, М.; и другие. (Группа данных о частицах) (2018). «Обзор физики элементарных частиц» . Физический обзор D . 98 (3): 030001. Бибкод : 2018PhRvD..98c0001T . doi : 10.1103/PhysRevD.98.030001 . hdl : 10044/1/68623 .
- ^ Фаргион, Д.; де Санктис Лучентини, PG; де Сантис, М.; Гросси, М. (2004). «Воздушные ливни Тау с Земли». Астрофизический журнал . 613 (2): 1285–1301. arXiv : hep-ph/0305128 . Бибкод : 2004ApJ...613.1285F . дои : 10.1086/423124 . S2CID 119379401 .
- ^ Зичичи, А. (1996). «Основы последовательных поисков тяжелых лептонов». В Ньюмане, HB; Ипсилантис, Т. (ред.). История оригинальных идей и фундаментальных открытий в физике элементарных частиц . Серия НАТО ASI (Серия B: Физика). Том. 352. Бостон, Массачусетс: Спрингер. стр. 227–275.
- ^ 'т Хоофт, Джерард (1996). В поисках идеальных строительных блоков . Издательство Кембриджского университета. п. 111.
- ^ Риччи, РА; Барнабей, О.; Монако, Ф. Роверси; Майани, Л. (5 июня 1998 г.). Происхождение третьего семейства: В честь А. Зичичи к XXX-летию предложения о поиске третьего лептона на Адоне . Мировая научная серия по физике ХХ века. Том. 20. Сингапур: Мировое научное издательство. ISBN 9810231636 . ISBN 978-9810231637
- ^ Цай, Юнг-Су (1 ноября 1971 г.). «Корреляции распада тяжелых лептонов в e + + и − → ℓ + + ℓ − ". Physical Review D. 4 ( 9): 2821. Bibcode : 1971PhRvD...4.2821T . doi : 10.1103/PhysRevD.4.2821 .
- ^ Перл, ML (6–18 марта 1977 г.). «Доказательства и свойства нового заряженного тяжелого лептона» (PDF) . В Ване, Т. Тхань; Орсе, RMIEM (ред.). Материалы XII Rencontre de Moriond . XII Rencontre de Moriond. Флен, Франция (опубликовано в апреле 1977 г.). СЛАК-ПУБ-1923 . Проверено 25 марта 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Риазуддин (2009). «Нестандартные взаимодействия» (PDF) . Пятый доклад NCP по физике элементарных частиц . 1 (1): 1–25.
- ^ д'Энтеррия, Дэвид; Перес-Рамос, Редами; Шао, Хуа-Шэн (2022). «Дитауониевая спектроскопия». Европейский физический журнал C . 82 (10): 923. arXiv : 2204.07269 . Бибкод : 2022EPJC...82..923D . doi : 10.1140/epjc/s10052-022-10831-x . S2CID 248218441 .
- ^ д'Энтеррия, Дэвид; Шао, Хуа-Шэн (2023). «Перспективы открытия дитауония на коллайдерах». Буквы по физике Б. 842 : 137960. arXiv : 2302.07365 . Бибкод : 2023PhLB..84237960D . дои : 10.1016/j.physletb.2023.137960 .
Внешние ссылки [ править ]
- «Нобелевская премия по физике 1995 года» . nobelprize.org .
- «Журнал Перла, показывающий открытие тау» . Сайт Symmetrymag.org .
- «Повесть о трех бумагах» (PDF) . slac.stanford.edu . - дает обложки трех оригинальных статей, извещающих об открытии.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
