Лептон

Лептоны (грэч. λεπτός — лёгкі) — фундаментальныя часціцы з паўцэлым спінам, якія не ўдзельнічаюць у моцным узаемадзеянні. Разам з кваркамі і калібровачнымі базонамі лептоны складаюць неад'емную частку Стандартнай мадэлі.

Этымалогія і гісторыя

Назва «лептон» было прапанавана Л. Розенфельдам (па прапанове К. Мелера) у 1948 годзе^[1] і адлюстроўвала той факт, што ўсе вядомыя ў той час лептоны былі значна лягчэйшыя за цяжкія часціцы, што ўваходзяць у клас барыёнаў (βαρύς — цяжкі). Зараз этымалогія тэрміна ўжо не зусім адпавядае рэчаіснасці, бо адкрыты ў 1977 годзе тау-лептон прыкладна ў два разы цяжэйшы за самыя лёгкія барыёны (пратон і нейтрон).

Уласцівасці

Усе лептоны з'яўляюцца ферміёнамі, гэта значыць іх спін роўны ¹⁄₂. Лептоны разам з кваркамі (якія ўдзельнічаюць ва ўсіх чатырох узаемадзеяннях, уключаючы моцнае) складаюць клас фундаментальных ферміёнаў — часціц, з якіх складаецца рэчыва і ў якіх, наколькі гэта вядома, адсутнічае ўнутраная структура.

Нягледзячы на тое, што да гэтага часу ніякіх эксперыментальных указанняў на някропкавую структуру лептонаў не выяўлена, робяцца спробы пабудаваць тэорыі, у якіх лептоны (і іншая група фундаментальных ферміёнаў — кваркі) былі б састаўнымі аб'ектамі. Рабочая назва для гіпатэтычных часціц, з якіх складаюцца кваркі і лептоны, — прэоны.

Пакаленні лептонаў

Існуе тры пакаленні лептонаў:

першае пакаленне: электрон, электроннае нейтрына
другое пакаленне: мюон, мюоннае нейтрына
трэцяе пакаленне: тау-лептон, тау-нейтрына

(плюс адпаведныя антычасціцы).

Такім чынам, у кожнае пакаленне ўваходзіць адмоўна зараджаны (з зарадам -1е) лептон, дадатна зараджаны (з зарадам +1e) антылептон і нейтральныя нейтрына і антынейтрына. Усе яны маюць ненулявую масу, хоць маса нейтрына вельмі малая ў параўнанні з масамі іншых элементарных часціц (меншая за 1 электронвольт для электроннага нейтрына).

Колькасць магчымых пакаленняў «класічных» лептонаў ўстаноўлена з эксперыментаў па вымярэнню шырыні распаду Z₀-базона — яна роўная тром. Строга кажучы, гэта не выключае магчымасці існавання «стэрыльных» (якія не ўдзельнічаюць у слабым узаемадзеянні) або вельмі цяжкіх (масай больш за некалькі дзясяткаў ГэВ, насуперак назве) пакаленняў лептонаў. Колькасць пакаленняў лептонаў пакуль не растлумачана ў рамках існуючых тэорый. Амаль усе назіраемыя ў Сусвеце працэсы выглядалі б гэтак жа сама, калі б існавала толькі адно пакаленне лептонаў^[2].

Лептонны лік

Кожнаму зараджанаму лептону (электрон, мюон, тау-лептон) адпавядае лёгкі нейтральны лептон — нейтрына. Раней лічылася, што кожнае пакаленне лептонаў мае свой (так званы водарны ці флэйварны — ад англ.: flavor) лептонны зарад, — іншымі словамі, лептон можа ўзнікнуць толькі разам з антылептонам са свайго пакалення, так, каб рознасць колькасці лептонаў і антылептонаў кожнага пакалення ў замкнёнай сістэме была пастаяннай. Гэтая рознасць называецца электронным, мюонным або тау-лептонным лікам, у залежнасці ад разглядаемага пакалення. Лептонны лік лептонаў роўны +1, антылептонаў -1.

З адкрыццём асцыляцый нейтрына выяўлена, што гэтае правіла парушаецца: электроннае нейтрына можа ператварыцца ў мюоннае або тау-нейтрына і г. д. Такім чынам, водарны лептонны лік не захоўваецца. Аднак працэсаў, у якіх не захоўваўся б агульны лептонны лік (які не залежыць ад пакалення), пакуль не выяўлена. Лептонны лік часам называюць лептонным зарадам, хоць з ім, у адрозненне ад электрычнага зарада, не звязана якое-небудзь калібровачнае поле. Закон захавання лептоннага ліку з'яўляецца эксперыментальным фактам і пакуль не мае агульнапрынятага тэарэтычнага абгрунтавання. У сучасных пашырэннях Стандартнай мадэлі, якія аб'ядноўваюць моцнае і электраслабае ўзаемадзеянні, прадказваюцца працэсы, якія не захоўваюць лептонны лік. Іх нізкаэнергетычнымі праявамі могуць быць пакуль не адкрытыя нейтрына-антынейтрынныя асцыляцыі і безнейтрынны двайны бэта-распад, якія змяняюць лептонны лік на дзве адзінкі.

Часы жыцця

З зараджаных лептонаў стабільным з'яўляецца толькі самы лёгкі — электрон (і яго антычасціца — пазітрон). Цяжэйшыя зараджаныя лептоны распадаюцца на лягчэйшыя. Напрыклад, адмоўны мюон распадаецца ў электрон, электроннае антынейтрына і мюоннае нейтрына (відаць, што ў гэтым працэсе захоўваюцца як агульны, так і флэйварны лептонныя лікі) з часам жыцця каля 2 мікрасекунд. Тау-лептон (час жыцця каля 3×10⁻¹³ с) можа распадацца з вылетам не толькі лептонаў, але і лёгкіх адронаў (каонаў і піонаў). Распад нейтрына не знойдзены, у цяперашні час яны лічацца стабільнымі.

Масы

Для мас зараджаных лептонаў атрымана некалькі простых эмпірычных заканамернасцей, такіх як формула Коідэ (руск.) (бел. і формула Барута (руск.) (бел., якія не маюць агульнапрынятага тэарэтычнага тлумачэння.

Крыніцы

↑ Rosenfeld, L. (1948). Nuclear Forces. North-Holland Publishing Co.{{cite book}}: Папярэджанні CS1: date і year (спасылка)
↑ И.Ф. Гинзбург Нерешённые проблемы фундаментальной физики(руск.) // Успехи физических наук. — 2009. — Т. 179. — С. 525–529. — DOI:10.3367/UFNr.0179.200905d.0525

Літаратура

K. Nakamura et al. (Particle Data Group) The Review of Particle Physics(англ.) // J. Phys. G. — 2010. — Т. 37. — С. 075021.

[rosenfeld-1] Rosenfeld, L. (1948). Nuclear Forces. North-Holland Publishing Co.{{cite book}}: Папярэджанні CS1: date і year (спасылка)

[2] И.Ф. Гинзбург Нерешённые проблемы фундаментальной физики(руск.) // Успехи физических наук. — 2009. — Т. 179. — С. 525–529. — DOI:10.3367/UFNr.0179.200905d.0525

[1]

[2]