KAS YRA LEPTONAI?

Send

XIX – XX amžiais fizikai pradėjo gilintis į materijos ir energijos prigimtį. Tai darydami jie greitai suprato, kad jas reglamentuojančios taisyklės vis labiau neryškios, kuo giliau. Tuo metu, kai vyravo teorija, kad visa materija buvo sudaryta iš nedalomų atomų, mokslininkai pradėjo suprasti, kad patys atomai sudaryti iš dar mažesnių dalelių.

Iš šių tyrimų gimė standartinis dalelių fizikos modelis. Pagal šį modelį visa Visatoje esanti materija yra sudaryta iš dviejų rūšių dalelių: hadronų - iš kurių pavadinimas pavadintas Didelio hadronų susidūrėjo (LHC) - ir leptonų. Kai hadronus sudaro kitos elementarios dalelės (kvarkai, antikvarkai ir tt), leptonai yra elementarios dalelės, egzistuojančios atskirai.

Apibrėžimas:

Žodis lepton kilęs iš graikų kalbos leptos, o tai reiškia „mažas“, „puikus“ arba „plonas“. Pirmą kartą užrašytą žodžio vartojimą savo knygoje pateikė fizikas Leonas RosenfeldasBranduolinės pajėgos (1948 m.). Knygoje jis priskyrė žodžio vartojimą danų chemiko ir fiziko prof. Christiano Mollerio pasiūlymui.

Šis terminas buvo pasirinktas norint apibūdinti mažos masės daleles, nes Rosenfeldo laikais vieninteliai žinomi leptonai buvo muonai. Šios elementariosios dalelės yra daugiau nei 200 kartų masyvesnės nei elektronai, tačiau jos turi tik apie devintąją protono masės. Kartu su kvarkais leptonai yra pagrindiniai materijos elementai, todėl laikomi „elementariosiomis dalelėmis“.

Leptonų tipai:

Pagal standartinį modelį yra šeši skirtingi leptonų tipai. Tai apima elektronų, muonų ir tau daleles, taip pat su jomis susijusius neutrinus (t. Y. Elektronų neutriną, muono neutriną ir tau neutriną). Leptonai turi neigiamą krūvį ir savitą masę, tuo tarpu jų neutrinai turi neutralų krūvį.

Lengviausi elektronai, kurių masė yra 0,000511 gigaelektronvolto (GeV), tuo tarpu musonų masė yra 0,1066 Gev, o Tau dalelės (sunkiausios) turi 1,777 Gev. Skirtingos elementinių dalelių rūšys paprastai vadinamos „skoniais“. Nors kiekvienas iš trijų leptonų skonių yra skirtingas ir skirtingas (atsižvelgiant į jų sąveiką su kitomis dalelėmis), jie nėra nekintami.

Neutrinas gali pakeisti savo skonį - tai procesas, žinomas kaip „neutrino skonio virpėjimas“. Tai gali būti įvairių formų, įskaitant saulės neutriną, atmosferos neutriną, branduolinį reaktorių arba pluošto virpesius. Visais stebimais atvejais virpesius patvirtino tai, kas, atrodo, buvo sukuriamų neutrinų skaičiaus deficitas.

Viena pastebėta priežastis yra susijusi su „muonų skilimu“ (žr. Toliau) - procesą, kurio metu, atsižvelgiant į aplinkybes, muonai keičia savo skonį ir tampa elektronų neutrinais arba tau neutrinais. Be to, visi trys leptonai ir jų neutrinai turi susijusią antidalelę (antileptoną).

Kiekvieno iš jų antileptonų masė yra vienoda, tačiau visos kitos savybės yra priešingos. Šios poros susideda iš elektronų / pozitronų, muonų / antimuonų, tau / antitau, elektronų neutrino / elektronų antineutrino, elektronų neutrino / muan antinuetrino ir tau neutrino / tau antineutrino.

Dabartiniame standartiniame modelyje daroma prielaida, kad egzistuoja ne daugiau kaip trys leptonų tipai (dar žinomi kaip „kartos“) ir su jais susiję neutrinai. Tai atitinka eksperimentinius įrodymus, kuriais bandoma modeliuoti nukleosintezės procesą po Didžiojo sprogimo, kai daugiau nei trijų leptonų buvimas būtų paveikęs helio gausą ankstyvojoje Visatoje.

Savybės:

Visi leptonai turi neigiamą krūvį. Jie taip pat turi vidinį sukimąsi savo sukimosi forma, o tai reiškia, kad elektronai, turintys elektrinį krūvį - t.y. „įkrauti leptonai“, sukurs magnetinius laukus. Jie gali sąveikauti su kitomis medžiagomis tik silpnomis elektromagnetinėmis jėgomis. Galų gale jų krūvis lemia šių sąveikų stiprumą, taip pat jų elektrinio lauko stiprumą ir tai, kaip jie reaguoja į išorinius elektrinius ar magnetinius laukus.

Tačiau nė vienas nesugeba sąveikauti su medžiaga per stiprias jėgas. Standartiniame modelyje kiekvienas leptonas prasideda be vidinės masės. Įkrauti leptonai gauna veiksmingą masę per sąveiką su Higso lauku, o neutrinai arba lieka be masės, arba turi tik labai mažas mases.

Studijų istorija:

Pirmasis identifikuotas leptonas buvo elektronas, kurį atrado britų fizikas J.J. Thomsonas ir jo kolegos 1897 m., Naudodamiesi katodinių spindulių vamzdžių eksperimentų serija. Kiti atradimai įvyko praėjusio amžiaus 3-ajame dešimtmetyje, todėl bus sukurta nauja silpnai sąveikaujančių dalelių, panašių į elektronus, klasifikacija.

Pirmąjį atradimą padarė Austrijos ir Šveicarijos fizikas Wolfgangas Pauli 1930 m., Kuris pasiūlė elektrono neutrino egzistavimą, kad išspręstų būdus, kaip beta skilimas prieštarauja Energijos taupymo įstatymams ir Niutono judėjimo įstatymams (ypač Kampinio impulso impulsas ir išsaugojimas).

Pozitroną ir muoną atrado atitinkamai Carlas D. Andersas 1932 m. Ir 1936 m. Dėl muono masės iš pradžių buvo klaidingai nurodomas mezonas. Tačiau dėl savo elgesio (kuris priminė elektrono elgesį) ir dėl to, kad jis nebuvo stipriai sąveikaujamas, muonas buvo perklasifikuotas. Kartu su elektronu ir elektronų neutrinu jis tapo naujos dalelių grupės, vadinamos „leptonais“, dalimi.

1962 m. Amerikiečių fizikų komanda, susidedanti iš Leono M. Ledermano, Melvino Schwartzo ir Jacko Steinbergerio, sugebėjo aptikti muono neutrinos sąveiką, taip parodydama, kad egzistuoja daugiau nei vieno tipo neutrinas. Tuo pat metu teoriniai fizikai postuluoja daugelio kitų neutrinų skonių egzistavimą, kuris ilgainiui bus patvirtintas eksperimentiniu būdu.

Tau dalelė sekė aštuntajame dešimtmetyje dėka eksperimentų, kuriuos atliko Nobelio premijos laureatas fizikas Martinas Lewisas Perlas ir jo kolegos SLAC nacionalinėje greitintuvo laboratorijoje. Tyrimai dėl tau suirimo parodė, kad jis gali būti susijęs su neutrinu: trūkstamos energijos ir impulsų, analogiškų trūkstamai energijai ir impulsui, kurį sukelia beta elektronų irimas.

2000 m. Tau neutrinas buvo tiesiogiai pastebėtas dėl tiesioginio NU Tau (DONUT) eksperimento Fermilab'e. Tai bus paskutinė standartinio modelio dalelė, kurios bus laikomasi iki 2012 m., Kai CERN paskelbė aptikusi dalelę, kuri, tikėtina, buvo ilgai ieškota Higso Bosono.

Šiandien kai kurie dalelių fizikai mano, kad vis dar yra leptonų, kuriuos reikia rasti. Šios „ketvirtosios kartos“ dalelės, jei jos iš tikrųjų yra realios, egzistuotų už standartinio dalelių fizikos modelio ribų ir greičiausiai sąveikautų su medžiaga dar egzotiškesniais būdais.

Čia „Space Magazine“ esame parašę daug įdomių straipsnių apie leptonus ir subatomines daleles. Štai kas yra subatominės dalelės ?, kas yra barionai ?, pirmieji LHC susidūrimai, rastos dvi naujos subatominės dalelės ir fizikai, galbūt, tiesiog, galbūt, patvirtina galimą 5-osios gamtos jėgos atradimą.

Norėdami gauti daugiau informacijos, SLAC virtualus lankytojų centras turi gerą įvadą apie Leptonus ir būtinai peržiūrėkite Dalelių duomenų grupės (PDG) dalelių fizikos apžvalgą.

Astronomijos aktoriai taip pat turi epizodų šia tema. Štai 106 epizodas: Viso teorijos paieška ir 393 epizodai: Standartinis modelis - „Leptons & Quarks“.

Šaltiniai: