KAJ SO LEPTONI?

Send

V 19. in 20. stoletju so fiziki začeli sondirati globoko v naravo materije in energije. S tem so hitro ugotovili, da pravila, ki jih urejajo, vse bolj zabrišejo globlje. Medtem ko je bila v preteklosti prevladujoča teorija, da je vsa materija sestavljena iz nedeljivih atomov, so znanstveniki začeli spoznavati, da so atomi sami sestavljeni iz še manjših delcev.

Iz teh raziskav se je rodil standardni model fizike delcev. V skladu s tem modelom je vsa snov v vesolju sestavljena iz dveh vrst delcev: hadroni - po katerih je velik hadronski trkalnik (LHC) dobil ime - in leptoni. Kjer so hadroni sestavljeni iz drugih elementarnih delcev (kvarki, antikvarki itd.), So leptoni elementarni delci, ki obstajajo sami.

Opredelitev:

Beseda lepton prihaja iz grščine leptos, kar pomeni "majhen", "lep" ali "tanek". Prvo zabeleženo uporabo besede je fizik Leon Rosenfeld v svoji knjigiJedrske sile (1948). V knjigi je uporabo besede pripisal predlogu danskega kemika in fizika prof. Christiana Mollerja.

Izraz je bil izbran za navajanje delcev majhne mase, saj so bili edini znani leptoni v Rosenfeldovem času muni. Ti osnovni delci so več kot 200-krat bolj masivni od elektronov, vendar imajo le približno eno deveto maso protona. Skupaj s kvarki so leptoni osnovni gradniki materije, zato jih vidimo kot "elementarne delce".

Vrste leptonov:

Po standardnem modelu obstaja šest različnih vrst leptonov. Sem spadajo delci Electron, Muon in Tau ter njihovi nevtrini (tj. Elektronski nevtrino, muonski nevtrino in tau-nevtrino). Leptoni imajo negativen naboj in izrazito maso, njihovi nevtrini pa nevtralni naboj.

Elektroni so najlažji z maso 0,000511 gigaelektronvoltov (GeV), medtem ko imajo Muoni maso 0,1066 Gev, delci Tau (najtežji) pa imajo maso 1,777 Gev. Različne sorte osnovnih delcev običajno imenujemo "okusi". Medtem ko so vsi trije okusi leptona različni in izraziti (glede na njihovo interakcijo z drugimi delci), niso nespremenljivi.

Nevtrino lahko spremeni svoj okus, postopek, ki ga poznamo kot "nihanje arome nevtrino". To je lahko v več oblikah, vključno s sončnim nevtrino, atmosferskim nevtrino, jedrskim reaktorjem ali nihanji snopa. Nihanja so bila v vseh opazovanih primerih potrjena zaradi pomanjkanja števila nastalih nevtrinov.

Eden od opaženih vzrokov je povezan z "razpadom mun" (glej spodaj), s postopkom, ko muoni spremenijo svoj okus, da postanejo elektronski nevtrini ali tau nevtrini - odvisno od okoliščin. Poleg tega imajo vsi trije leptoni in njihovi nevtrini povezani antidelec (antilepton).

Za vsakega ima antilepton identično maso, vse ostale lastnosti pa so obrnjene. Ti pari so sestavljeni iz elektrona / pozitrona, muona / antimuona, tau / antitau, elektronskega nevtrina / elektronskega antineutrina, muonskega nevtrina / muanskega antinuetrina in tau nevtrino / tau antineutrino.

Sedanji standardni model predvideva, da ne obstaja več kot tri vrste (aka. "Generacije") leptonov s pripadajočimi nevtrini. To ustreza eksperimentalnim dokazom, ki poskušajo modelirati proces nukleosinteze po velikem udaru, kjer bi obstoj več kot treh leptonov vplival na številčnost helija v zgodnjem vesolju.

Nepremičnine:

Vsi leptoni imajo negativni naboj. Prav tako imajo lastno vrtenje v obliki njihovega vrtenja, kar pomeni, da bodo elektroni z električnim nabojem - tj. "Nabiti leptoni" - ustvarili magnetna polja. Z drugimi snovmi lahko komunicirajo le s šibkimi elektromagnetnimi silami. Na koncu njihov naboj določa moč teh interakcij, pa tudi moč njihovega električnega polja in način reagiranja na zunanja električna ali magnetna polja.

Vendar nobena od njih ni sposobna medsebojno komunicirati s pomočjo močnih sil. V standardnem modelu se vsak lepton začne brez intrinzične mase. Napolnjeni leptoni pridobivajo učinkovito maso s pomočjo interakcij s Higgsovim poljem, nevtrini pa ostanejo brez mase ali pa imajo le zelo majhne mase.

Zgodovina študija:

Prvi lepton, ki so ga prepoznali, je bil elektron, ki ga je odkril britanski fizik J.J. Thomson in njegovi sodelavci leta 1897 so uporabili vrsto poskusov s katodnimi cevmi. Naslednja odkritja so prišla v tridesetih letih 20. stoletja, kar bo privedlo do oblikovanja nove klasifikacije za šibke interaktivne delce, ki so bili podobni elektronom.

Prvo odkritje je leta 1930 ustvaril avstrijsko-švicarski fizik Wolfgang Pauli, ki je predlagal obstoj elektronskega nevtrina, da bi razrešil načine, kako beta razpad nasprotoval zakonu o ohranjanju energije in Newtonovim zakonom o gibanju (zlasti ohranjanju Zagon in ohranitev kotnega momenta).

Pozitron in muon sta odkrila Carl D. Anders leta 1932 oziroma 1936. Zaradi mase muona je bil sprva napačen mezon. Toda zaradi svojega vedenja (ki je spominjalo na elektrona) in dejstva, da ni doživel močne interakcije, je bil muon prerazvrščen. Skupaj z elektronom in elektronskim nevtrinom je postal del nove skupine delcev, imenovane leptoni.

Leta 1962 je skupina ameriških fizikov - ki so jo sestavljali Leon M. Lederman, Melvin Schwartz in Jack Steinberger - lahko odkrila interakcije muonskega nevtrina in tako pokazala, da obstaja več kot ena vrsta nevtrina. Hkrati so teoretični fiziki postulirali obstoj številnih drugih okusov nevtrinov, ki bi jih sčasoma potrdili eksperimentalno.

Delci tau so sledili v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, zahvaljujoč eksperimentom, ki sta jih izvedla Nobelov nagrajenec fizik Martin Lewis Perl in njegovi sodelavci iz Nacionalnega laboratorija za pospeševanje SLAC. Dokazi o povezanem nevtrinu so sledili zahvaljujoč študiji razpadanja tauja, ki je pokazala manjkajočo energijo in zagon, podobno manjkajoči energiji in zagonu, ki ga povzroča beta razpad elektronov.

Leta 2000 je bil tau nevtrino neposredno opažen zahvaljujoč neposrednemu opazovanju eksperimenta NU Tau (DONUT) pri Fermilabu. To bi bil zadnji del standardnega modela, ki so ga opazili do leta 2012, ko je CERN sporočil, da je odkril delček, ki je bil verjetno dolgo iskani Higgs Boson.

Danes je nekaj fizikov delcev, ki verjamejo, da še obstajajo leptoni, ki jih še čakajo. Ti delci četrte generacije, če so resnično resnični, bi obstajali zunaj standardnega modela fizike delcev in bi verjetno vplivali na materijo na še bolj eksotične načine.

Tu smo napisali veliko zanimivih člankov o Leptonih in subatomskih delcih tukaj v reviji Space Magazine. Tu so še kaj Subatomski delci? Kaj so Baryoni ?, Prvi trki LHC, najdeni dve novi subatomski delci in fiziki morda, samo morda, potrdijo mogoče odkritje pete sile narave.

Če želite več informacij, je virtualni center za obiskovalce SLAC-a dobro predstavljen v Leptonih in se prepričajte, da si oglejte fiziko delcev v podatkovni skupini delcev (PDG).

Astronomy Cast ima tudi epizode na to temo. Tu je epizoda 106: Iskanje teorije vsega in Epizoda 393: Standardni model - Leptons & Quarks.

Viri: