Leptones

Los leptones ( del griego λεπτός  - luz) son partículas fundamentales con espín semientero que no participan en la interacción fuerte . Junto con los quarks y los bosones de norma, los leptones forman parte integral del modelo estándar [2] .

Etimología e historia

El nombre "leptón" fue propuesto por L. Rosenfeld (por sugerencia de K. Möller ) en 1948 [3] y reflejaba el hecho de que todos los leptones conocidos en ese momento eran mucho más ligeros que las partículas pesadas incluidas en la clase de los bariones ( βαρύς  - pesado). Ahora, la etimología del término ya no es completamente consistente con el estado real de las cosas, ya que el leptón tau descubierto en 1977 es aproximadamente el doble de pesado que los bariones más ligeros ( protones y neutrones ).

Propiedades

Todos los leptones son fermiones , lo que significa que su espín es 1/2. Los leptones, junto con los quarks (que participan en las cuatro interacciones , incluida la fuerte), forman la clase de los fermiones fundamentales  , partículas que componen la materia y que, hasta donde se sabe, no tienen estructura interna.

A pesar de que hasta ahora no se han encontrado indicaciones experimentales de la estructura no puntual de los leptones, se están haciendo intentos de construir teorías en las que los leptones (y otro grupo de fermiones fundamentales  , los quarks) serían objetos compuestos. El nombre de trabajo para las partículas hipotéticas que componen los quarks y los leptones es preones .

Los supercompañeros hipotéticos de los leptones son los bosones, los sleptones [4] .

Generaciones de leptones

Hay tres generaciones de leptones:

• primera generación: electrón , neutrino electrónico
• segunda generación: muón , neutrino muón
• tercera generación: tau lepton , tau neutrino

Así, cada generación incluye un leptón con carga negativa (con carga −1 e ), un antileptón con carga positiva (con carga +1 e ) y neutrinos y antineutrinos neutros. Todos ellos tienen una masa distinta de cero , aunque la masa del neutrino es muy pequeña en comparación con las masas de otras partículas elementales (menos de 1 electrón voltio por un neutrino electrónico).

El número de posibles generaciones de leptones "clásicos" (es decir, relativamente ligeros e involucrados en una interacción débil) se estableció a partir de experimentos sobre la medición del ancho de decaimiento del bosón Z 0  : es igual a tres. Estrictamente hablando, esto no excluye la posibilidad de la existencia de generaciones de leptones "estériles" (que no participan en la interacción débil ) o muy pesadas (con una masa de más de varias decenas de GeV, contrariamente al nombre). El número de generaciones de leptones aún no se ha explicado dentro de las teorías existentes. Casi todos los procesos observados en el Universo se verían exactamente iguales si hubiera una sola generación de leptones [5] .

La conexión de los leptones con los bosones de calibre no depende de la generación, es decir, desde el punto de vista de la interacción débil y electromagnética, por ejemplo, el electrón es indistinguible del muón y el leptón tau. Esta propiedad (universalidad de los leptones) se ha verificado experimentalmente en mediciones del ancho de decaimiento del bosón Z y en mediciones de la vida útil de los leptones muón y tau.

Número de leptones

Cada leptón cargado (electrón, muón, leptón tau) corresponde a un leptón neutro ligero: un neutrino. Anteriormente se creía que cada generación de leptones tiene su propia carga de leptones (llamado sabor  - del sabor inglés  ) , en otras palabras, un leptón solo puede surgir junto con un antileptón de su generación, de modo que la diferencia en el número de leptones y antileptones de cada generación en un sistema cerrado fue constante. Esta diferencia se denomina número de leptones de electrones, muones o tau, según la generación en cuestión. El número de leptones del leptón es +1, el antileptón es −1.

Con el descubrimiento de las oscilaciones de neutrinos , se descubrió que se viola esta regla: un neutrino electrónico puede convertirse en un neutrino muón o tau, etc. Por lo tanto, el número de leptones de sabor no se conserva. Sin embargo, aún no se han descubierto procesos en los que el número total de leptones (independientemente de la generación) no se conserve. El número de leptones a veces se denomina carga de leptones, aunque no tiene ningún campo de calibre asociado, a diferencia de la carga eléctrica . La ley de conservación del número leptónico es un hecho experimental y aún no tiene una justificación teórica generalmente aceptada. Las extensiones modernas del modelo estándar que combinan interacciones fuertes y electrodébiles predicen procesos que no conservan el número de leptones. Sus manifestaciones de baja energía pueden ser oscilaciones de neutrino-antineutrino aún no descubiertas y desintegración beta doble sin neutrino , que cambian el número de leptones en dos unidades.

Vidas

De los leptones cargados, sólo el más ligero de ellos, el electrón (y su antipartícula, el positrón ), es estable. Los leptones cargados más pesados ​​se descomponen en otros más ligeros. Por ejemplo, un muón negativo se descompone en un electrón, un antineutrino electrónico y un neutrino muón (se observa que tanto el número de leptones totales como los de sabor se conservan en este proceso) con una vida útil de aproximadamente 2 μs . Un leptón tau (vida útil de aproximadamente 3⋅10 −13  s ) puede decaer con la emisión no solo de leptones, sino también de hadrones ligeros ( kaones y piones ). No se ha detectado decaimiento de neutrinos y actualmente se consideran estables.

Misas

Para las masas de leptones cargados se han obtenido varias regularidades empíricas simples, como la fórmula de Koide y la fórmula de Barut , que no tienen una explicación teórica generalmente aceptada.

Notas

1. ↑ El asombroso mundo dentro del núcleo atómico. Preguntas después de la conferencia . Consultado el 28 de octubre de 2014. Archivado desde el original el 15 de julio de 2015. (indefinido)
2. ↑ Modelo estándar . Consultado el 5 de septiembre de 2015. Archivado desde el original el 25 de julio de 2015. (indefinido)
3. ↑ Rosenfeld, L. Fuerzas nucleares (indefinido) . — North-Holland Publishing Co , 1948.  
4. ↑ Partículas exóticas Partículas supersimétricas (SUSY-partículas) . Fecha de acceso: 16 de diciembre de 2015. Archivado desde el original el 5 de marzo de 2016. (indefinido)
5. ↑ Ginzburg I.F. Problemas sin resolver de física fundamental  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Academia Rusa de Ciencias , 2009. - T. 179 . - S. 525-529 . - doi : 10.3367/UFNr.0179.200905d.0525 . (Ruso)

Literatura

• K. Nakamura et al. (Grupo de datos de partículas). La revisión de la física de partículas  //  J. Phys. G. - 2010. - Vol. 37 . — Pág. 075021 .

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