Ein lepton ist eine elementare Partikel und ein grundsätzlicher Bestandteil der Sache. Der am besten bekannte vom ganzen leptons ist das Elektron, das fast die ganze Chemie regelt, weil es in Atomen gefunden wird und an alle chemischen Eigenschaften direkt gebunden wird. Zwei Hauptklassen von leptons bestehen: beladener leptons (auch bekannt als der elektronähnliche leptons) und neutraler leptons (besser bekannt als neutrinos). Beladener leptons kann sich mit anderen Partikeln verbinden, um verschiedene zerlegbare Partikeln wie Atome und positronium zu bilden, während neutrinos selten mit irgendetwas aufeinander wirken, und folglich selten beobachtet werden.

Es gibt sechs Typen von leptons, der als Geschmäcke bekannt ist, drei Generationen bildend. Die erste Generation ist der elektronische leptons, das Elektron und Elektronneutrino umfassend; das zweite ist der muonic leptons, den muon und muon Neutrino umfassend; und das dritte ist der tauonic leptons, den tau und das tau Neutrino umfassend. Elektronen haben den am wenigsten Massen-vom ganzen beladenen leptons. Der schwerere muons und taus werden sich in Elektronen durch einen Prozess des Partikel-Zerfalls schnell ändern: die Transformation von einem höheren Massenstaat bis einen niedrigeren Massenstaat. So sind Elektronen stabil, und das allgemeinste hat lepton im Weltall beladen, wohingegen muons und taus nur in hohen Energiekollisionen (wie diejenigen erzeugt werden können, die kosmische Strahlen und diejenigen einschließen, die in Partikel-Gaspedalen ausgeführt sind).

Leptons haben verschiedene innere Eigenschaften, einschließlich der elektrischen Anklage, Drehung und Masse. Verschieden von Quarken jedoch sind leptons der starken Wechselwirkung nicht unterworfen, aber sie sind den anderen drei grundsätzlichen Wechselwirkungen unterworfen: Schwerkraft, Elektromagnetismus (neutrinos ausschließend, die elektrisch neutral sind), und die schwache Wechselwirkung. Für jeden lepton Geschmack gibt es einen entsprechenden Typ des Antiteilchens, bekannt als antilepton, der sich vom lepton nur darin unterscheidet, haben einige seiner Eigenschaften gleichen Umfang, aber entgegengesetztes Zeichen. Jedoch, gemäß bestimmten Theorien, kann neutrinos ihr eigenes Antiteilchen sein, aber es ist nicht zurzeit bekannt, ob das der Fall ist oder nicht.

Das erste hat lepton, das Elektron beladen, wurde Mitte des 19. Jahrhunderts von mehreren Wissenschaftlern theoretisiert und wurde 1897 von J. J. Thomson entdeckt. Der folgende zu beobachtende lepton war der muon, der von Carl D. Anderson 1936 entdeckt ist, aber es wurde als ein Meson zurzeit falsch klassifiziert. Nach der Untersuchung wurde es begriffen, dass der muon die erwarteten Eigenschaften eines Mesons nicht hatte, aber sich eher wie ein Elektron nur mit der höheren Masse benommen hat. Es hat bis 1947 für das Konzept von "leptons" als eine Familie der vorzuschlagenden Partikel genommen. Das erste Neutrino, das Elektronneutrino, wurde von Wolfgang Pauli 1930 vorgeschlagen, um bestimmte Eigenschaften des Beta-Zerfalls zu erklären. Es wurde zuerst im Cowan-Reines Neutrino-Experiment beobachtet, das von Clyde Cowan und Frederick Reines 1956 durchgeführt ist. Das muon Neutrino wurde 1962 von Leon M. entdeckt. Lederman, Melvin Schwartz und Jack Steinberger und der tau haben zwischen 1974 und 1977 durch Martin Lewis Perl und seine Kollegen vom Stanford Geradliniges Gaspedal-Zentrum und Lawrence Berkeley Nationales Laboratorium entdeckt. Das tau Neutrino ist schwer erfassbar bis Juli 2000 geblieben, als die BERLINER-Kollaboration von Fermilab seine Entdeckung bekannt gegeben hat.

Leptons sind ein wichtiger Teil des Standardmodells. Elektronen sind einer der Bestandteile von Atomen, neben Protonen und Neutronen. Exotische Atome mit muons und taus statt Elektronen können auch, sowie lepton-antilepton Partikeln wie positronium synthetisiert werden.

Etymologie

Der Name lepton kommt aus dem Griechen "" (lepton), sächlich "" (leptos), "fein, klein, dünn" und die frühste beglaubigte Form des Wortes ist der Mycenaean griechische re-po-to, der in der Geradlinigen B Silbenschrift geschrieben ist. Lepton wurde zuerst vom Physiker Léon Rosenfeld 1948 verwendet:

Die Etymologie deutet falsch an, dass alle leptons von der kleinen Masse sind. Als Rosenfeld sie genannt hat, waren die einzigen bekannten leptons Elektronen und muons, die tatsächlich der kleinen Masse sind - sind die Masse eines Elektrons und die Masse eines muon (mit einem Wert) Bruchteile der Masse des "schweren" Protons . Jedoch ist die Masse des tau (entdeckt Mitte der 1970er Jahre) fast zweimal mehr als das des Protons, und ungefähr 3,500mal mehr als das des Elektrons.

Geschichte

Der erste identifizierte lepton war das Elektron, das von J.J. Thomson und seiner Mannschaft von britischen Physikern 1897 entdeckt ist. Dann 1930 hat Wolfgang Pauli das Elektronneutrino verlangt, um Bewahrung der Energie, Bewahrung des Schwungs und Bewahrung des winkeligen Schwungs im Beta-Zerfall zu bewahren. Pauli hat theoretisiert, dass eine unentdeckte Partikel den Unterschied zwischen der Energie, dem Schwung und dem winkeligen Schwung der Initiale wegtrug und Endpartikeln beobachtet hat. Das Elektronneutrino wurde einfach das Neutrino genannt, weil es noch nicht bekannt war, dass neutrinos in verschiedenen Geschmäcken (oder verschiedenen "Generationen") gekommen ist.

Fast 40 Jahre nach der Entdeckung des Elektrons wurde der muon von Carl D. Anderson 1936 entdeckt. Wegen seiner Masse wurde es als ein Meson aber nicht ein lepton am Anfang kategorisiert. Es ist später klar geworden, dass der muon dem Elektron viel ähnlicher war als zu Mesonen, weil muons die starke Wechselwirkung nicht erleben, und so der muon wiederklassifiziert wurde: Elektronen, muons, und das (elektron)-Neutrino wurden in eine neue Gruppe von Partikeln - der leptons gruppiert. 1962 haben Leon M. Lederman, Melvin Schwartz und Jack Steinberger gezeigt, dass mehr als ein Typ des Neutrinos durch die ersten Ermitteln-Wechselwirkungen des muon Neutrinos besteht, das sie der 1988-Nobelpreis verdient hat, obwohl bis dahin die verschiedenen Geschmäcke nach dem Neutrino bereits theoretisiert worden waren.

Der tau wurde zuerst in einer Reihe von Experimenten zwischen 1974 und 1977 von Martin Lewis Perl mit seinen Kollegen am SLAC LBL Gruppe entdeckt. Wie das Elektron und der muon, wie man erwartete, hatte es auch ein verbundenes Neutrino. Die ersten Beweise für tau neutrinos sind aus der Beobachtung "der fehlenden" Energie und dem Schwung im Tau-Zerfall gekommen, der der "fehlenden" Energie und dem Schwung im Beta-Zerfall analog ist, der zur Entdeckung des Elektronneutrinos führt. Die erste Entdeckung von tau Neutrino-Wechselwirkungen wurde 2000 durch die BERLINER-Kollaboration an Fermilab bekannt gegeben, es die letzte Partikel des direkt zu beobachtenden Standardmodells machend.

Obwohl alle gegenwärtigen Daten mit drei Generationen von leptons im Einklang stehend sind, suchen einige Partikel-Physiker nach einer vierten Generation. Die aktuelle niedrigere Grenze auf der Masse des vierten hat angeklagt, dass lepton ist, während sein verbundenes Neutrino eine Masse mindestens hat.

Eigenschaften

Drehung und chirality

Leptons sind Drehung - Partikeln. Der Drehungsstatistik-Lehrsatz deutet so an, dass sie fermions und so sind, dass sie dem Ausschluss-Grundsatz von Pauli unterworfen sind; keine zwei leptons derselben Arten können in genau demselben Staat zur gleichen Zeit sein. Außerdem bedeutet es, dass ein lepton nur zwei mögliche Drehungsstaaten nämlich oder unten haben kann.

Ein nah zusammenhängendes Eigentum ist chirality, der der Reihe nach nah mit genanntem helicity eines leichter vergegenwärtigten Eigentums verbunden ist. Der helicity einer Partikel ist die Richtung seiner Drehung hinsichtlich seines Schwungs; Partikeln mit der Drehung in derselben Richtung wie ihr Schwung werden rechtshändig genannt, und sonst werden sie linkshändig genannt. Wenn eine Partikel massless ist, ist die Richtung seines Schwungs hinsichtlich seiner Drehung unabhängiger Rahmen, während für massive Partikeln es möglich ist, die Partikel durch eine Transformation von Lorentz 'einzuholen', die den helicity schnipst. Chirality ist ein technisches Eigentum (definiert durch das Transformationsverhalten unter der Gruppe von Poincaré), der mit helicity für (ungefähr) massless Partikeln übereinstimmt und noch für massive Partikeln gut definiert wird.

In vielen Quant-Feldtheorien — wie Quant-Elektrodynamik und Quant chromodynamics — sind linke und rechtshändige fermions identisch. Jedoch im Normalen Vorbildlichen linkshändigen und rechtshändigen fermions werden asymmetrisch behandelt. Nur linkshändige fermions nehmen an der schwachen Wechselwirkung teil, während es keinen rechtshändigen neutrinos gibt. Das ist ein Beispiel der Paritätsübertretung. In den linkshändigen Literaturfeldern werden häufig durch ein Kapital L Subschrift (z.B) angezeigt. und rechtshändige Felder werden durch ein Kapital R Subschrift angezeigt.

Elektromagnetische Wechselwirkung

Einer der prominentesten Eigenschaften von leptons ist ihre elektrische Anklage, Q. Die elektrische Anklage bestimmt die Kraft ihrer elektromagnetischen Wechselwirkungen. Es bestimmt die Kraft des elektrischen durch die Partikel erzeugten Feldes (sieh das Gesetz der Ampere-Sekunde), und wie stark die Partikel auf ein magnetisches oder elektrisches Außenfeld reagiert (sieh Kraft von Lorentz). Jede Generation enthält einen lepton mit Q = 1 (herkömmlich die Anklage einer Partikel wird in Einheiten der elementaren Anklage ausgedrückt), und ein lepton mit der elektrischen Nullanklage. Der lepton mit der elektrischen Anklage wird allgemein einfach einen 'beladenen positiven lepton' genannt, während der neutrale lepton ein Neutrino genannt wird. Zum Beispiel besteht die erste Generation aus dem Elektron mit einer negativen elektrischen Anklage und dem elektrisch neutralen Elektronneutrino.

Auf der Sprache der Quant-Feldtheorie wird die elektromagnetische Wechselwirkung des beladenen leptons durch die Tatsache ausgedrückt, dass die Partikeln mit dem Quant des elektromagnetischen Feldes, des Fotons aufeinander wirken. Das Feynman Diagramm der Elektronfoton-Wechselwirkung wird rechts gezeigt.

Da leptons eine innere Folge in der Form ihrer Drehung haben, hat angeklagt, dass leptons ein magnetisches Feld erzeugen. Durch die Größe ihres magnetischen Dipolmoments μ wird, gegeben

:

wo M die Masse des lepton ist und g der so genannte G-Faktor für den lepton ist. Zuerst Annäherungsquant-Mechanik zu bestellen, sagt voraus, dass der G-Faktor 2 für den ganzen leptons ist. Jedoch führen höhere Ordnungsquant-Effekten, die durch Schleifen in Diagrammen von Feynman verursacht sind, Korrekturen in diesen Wert ein. Diese Korrekturen, gekennzeichnet als der anomale magnetische Dipolmoment, sind zu den Details eines Quant-Feldtheorie-Modells sehr empfindlich und stellen so die Gelegenheit für Präzisionstests des Standardmodells zur Verfügung. Die theoretischen und gemessenen Werte für den magnetischen anomalen Elektrondipolmoment stimmen bis zu acht bedeutende Zahlen ab.

Schwache Wechselwirkung

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Im Standard Modellieren das linkshändige hat angeklagt, dass lepton und das linkshändige Neutrino in der Dublette eingeordnet werden, die sich in der spinor Darstellung (T =) vom schwachen isospin SU (2) Maß-Symmetrie verwandelt. Das bedeutet, dass diese Partikeln eigenstates des isospin Vorsprungs T mit eigenvalues und  beziehungsweise sind. Inzwischen hat das rechtshändige angeklagt, dass sich lepton als ein schwacher isospin Skalar (T = 0) verwandelt und so an der schwachen Wechselwirkung nicht teilnimmt, während es kein rechtshändiges Neutrino überhaupt gibt.

Der Higgs Mechanismus verbindet die Maß-Felder des schwachen isospin SU (2) und die schwache Hyperanklage U (1) symmetries zu drei massivem Vektoren bosons wieder die schwache Wechselwirkung, und ein massless Vektor boson, das Foton vermittelnd, das für die elektromagnetische Wechselwirkung verantwortlich ist. Die elektrische Anklage Q kann vom isospin Vorsprung T und der schwachen Hyperanklage Y durch die Gell-Mann-Nishijima Formel, berechnet werden

:Q = T + Y/2

Um die beobachteten elektrischen Anklagen für alle Partikeln wieder zu erlangen, muss die linkshändige schwache isospin Dublette so Y = 1 haben, während der rechtshändige isospin Skalar e Y = 2 haben muss. Die Wechselwirkung des leptons mit dem massiven schwachen Wechselwirkungsvektoren bosons wird in der Zahl links gezeigt.

Masse

Im Standardmodell bricht jeder lepton ohne innere Masse auf. Die beladenen leptons (d. h. das Elektron, muon, und tau) erhalten eine wirksame Masse durch die Wechselwirkung mit dem Feld von Higgs, aber die neutrinos bleiben massless. Aus technischen Gründen deutet der masslessness des neutrinos an, dass es kein Mischen der verschiedenen Generationen von beladenem leptons gibt, wie es für Quarke gibt. Das ist in der nahen Abmachung mit aktuellen experimentellen Beobachtungen.

Es ist jedoch vom Experiment - am prominentesten von beobachteten Neutrino-Schwingungen bekannt - dass neutrinos wirklich tatsächlich eine sehr kleine Masse wahrscheinlich weniger haben als. Das deutet an, dass es Physik außer dem Standardmodell gibt. Die zurzeit begünstigtste Erweiterung ist der so genannte Schaukelmechanismus, der erklären würde, sowohl warum die linkshändigen neutrinos im Vergleich zu beladenem leptons des Entsprechens so leicht sind, als auch warum wir jeden rechtshändigen neutrinos noch nicht gesehen haben.

Zahlen von Leptonic

Die Mitglieder der schwachen isospin Dublette jeder Generation werden leptonic Zahlen zugeteilt, die unter dem Standardmodell erhalten werden. Elektronen und Elektron neutrinos haben eine elektronische Zahl von L = 1, während muons und muon neutrinos eine muonic Zahl von L = 1 haben, während tau Partikeln und tau neutrinos eine tauonic Zahl von L = 1 haben. Die antileptons haben die leptonic Zahlen ihrer jeweiligen Generation 1.

Die Bewahrung der leptonic Zahlen bedeutet, dass die Zahl von leptons desselben Typs dasselbe bleibt, wenn Partikeln aufeinander wirken. Das deutet an, dass leptons und antileptons in Paaren einer einzelnen Generation geschaffen werden müssen. Zum Beispiel wird den folgenden Prozessen unter der Bewahrung von leptonic Zahlen erlaubt:

: + → +,

: + → +,

aber nicht diese:

: → +,

: → +,

: → +.

Jedoch, wie man bekannt, verletzen Neutrino-Schwingungen die Bewahrung der individuellen leptonic Zahlen. Wie man betrachtet, raucht solch eine Übertretung Pistole-Beweise für die Physik außer dem Standardmodell. Ein viel stärkeres Bewahrungsgesetz ist die Bewahrung der Gesamtzahl von leptons (L), erhalten sogar im Fall von Neutrino-Schwingungen, aber sogar es wird noch durch einen winzigen Betrag durch die chiral Anomalie verletzt.

Allgemeinheit

Die Kopplung des leptons, um bosons zu messen, ist mit dem Geschmack unabhängig (d. h., die Wechselwirkungen zwischen leptons, und messen Sie bosons sind dasselbe für den ganzen leptons). Dieses Eigentum wird lepton Allgemeinheit genannt und ist in Maßen des tau und der muon Lebenszeiten und Z boson teilweise Zerfall-Breiten, besonders an Stanford Linear Collider (SLC) und Großem Elektronpositron Collider (LEP) Experimente geprüft worden.

Die Zerfall-Rate (Γ) muons durch den Prozess  + + wird durch einen Ausdruck der Form ungefähr gegeben (sieh muon für mehr Details verfallen)

:

wo K eine Konstante ist, und G die Kopplungskonstante von Fermi ist. Die Zerfall-Rate von tau Partikeln durch den Prozess  + + wird durch einen Ausdruck derselben Form gegeben

:

wo K eine Konstante ist. Elektron-Muon-Allgemeinheit deutet dass K = K, und so an

:

Das erklärt, warum die sich verzweigenden Verhältnisse für die elektronische Weise (17.85 %) und muonic (17.36 %) Weise des Tau-Zerfalls (innerhalb des Fehlers) gleich sind.

Allgemeinheit ist auch für das Verhältnis von muon und tau Lebenszeiten verantwortlich. Die Lebenszeit eines lepton (τ) ist mit der Zerfall-Rate durch verbunden

:

wo B (x  y) und Γ (x  y) die sich verzweigenden Verhältnisse und die Klangfülle-Breite des Prozesses x  y anzeigt.

Das Verhältnis von tau und muon Lebenszeit wird so durch gegeben

:

Das Verwenden der Werte der 2008-Rezension der Partikel-Physik für die sich verzweigenden Verhältnisse von muons und tau gibt ein Lebensverhältnis von ~ nach, der mit dem gemessenen Lebensverhältnis von ~ vergleichbar ist. Der Unterschied ist wegen K und K nicht wirklich Konstanten zu sein; sie hängen von der Masse von leptons ab.

Tisch von leptons

Siehe auch

• Formel von Koide
• Liste von Partikeln
• Quark
• Schwache Wechselwirkung

Zeichen

Außenverbindungen

• Einstiegsseite von Particle Data Group. Der PDG kompiliert herrische Information über Partikel-Eigenschaften.
• Leptons, eine Zusammenfassung von leptons von der Hyperphysik.