O tau ( τ ), também chamado de lépton tau , partícula tau , tauon ou elétron tau , é uma partícula elementar semelhante ao elétron, com carga elétrica negativa e spin de
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| Diagrama de Feynman dos decaimentos da Tau por emissão de um bóson W fora da casca |
12. Como o elétron , o múon e os três neutrinos , o tau é um lépton e, como todas as partículas elementares com spin semi-inteiro, o tau tem uma antipartícula correspondente de carga oposta, mas com massa e spin iguais. No caso do tau, este é o "antitau" (também chamado de tau positivo ). As partículas Tau são representadas pelo símbolo
τ−
e o antitaus por
τ+
.
Os léptons Tau têm uma vida útil de2,9 × 10 −13 s e uma massa de1.776,86 MeV / c 2 (em comparação com105,66 MeV/ c 2 para múons e0,511 MeV/ c 2 para elétrons). Como suas interações são muito semelhantes às do elétron, uma tau pode ser considerada uma versão muito mais pesada do elétron. Devido à sua maior massa, as partículas tau não emitem tanta radiação bremsstrahlung quanto os elétrons; consequentemente, eles são potencialmente muito mais altamente penetrantes do que os elétrons.
Devido ao seu curto tempo de vida, o alcance do tau é definido principalmente pelo seu comprimento de decaimento, que é muito pequeno para que o bremsstrahlung seja perceptível. Seu poder de penetração aparece apenas em velocidade e energia ultra-altas (acima das energias de petaeletronvolt ), quando a dilatação do tempo estende seu comprimento de caminho muito curto. [4]
Como no caso dos outros léptons carregados, o tau tem um neutrino tau associado , denotado por
ν
τ.
História
A busca pela tau começou em 1960 no CERN pelo grupo Bologna-CERN-Frascati (BCF) liderado por Antonino Zichichi . Zichichi teve a ideia de um novo lépton pesado sequencial, agora chamado tau, e inventou um método de busca. Ele realizou o experimento nas instalações da ADONE em 1969, assim que seu acelerador se tornou operacional; no entanto, o acelerador que ele usou não tinha energia suficiente para procurar a partícula tau. [5] [6] [7]
O tau foi antecipado de forma independente em um artigo de 1971 de Yung-su Tsai . [8] Fornecendo a teoria para esta descoberta, a tau foi detectada em uma série de experimentos entre 1974 e 1977 por Martin Lewis Perl com seus colegas e os de Tsai no Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) e Lawrence Berkeley National Laboratory (LBL) grupo . [1] Seu equipamento consistia no então novo anel de colisão elétron-pósitron do SLAC , chamado SPEAR , e o detector magnético LBL. Eles podiam detectar e distinguir entre léptons, hádrons e fótons. Eles não detectaram o tau diretamente, mas descobriram eventos anômalos:
A necessidade de pelo menos duas partículas não detectadas foi demonstrada pela incapacidade de conservar energia e momento com apenas uma. No entanto, nenhum outro múon, elétron, fóton ou hádron foi detectado. Foi proposto que este evento foi a produção e posterior decaimento de um novo par de partículas:
e+
+
e−
→
τ+
+
τ−
→
e±
+
μ∓
+4
ν
Isso foi difícil de verificar, porque a energia para produzir o
τ+
τ−
par é semelhante ao limiar para a produção do méson D. A massa e a rotação da tau foram posteriormente estabelecidas pelo trabalho realizado em DESY -Hamburg com o Double Arm Spectrometer (DASP) e em SLAC-Stanford com o SPEAR Direct Electron Counter (DELCO),
O símbolo τ foi derivado do grego τρίτον ( triton , que significa "terceiro" em inglês), pois foi o terceiro lépton carregado descoberto. [9]
Martin Lewis Perl dividiu o Prêmio Nobel de Física de 1995 com Frederick Reines . Este último recebeu sua parte no prêmio pela descoberta experimental do neutrino .
Tau decadência
O tau é o único lépton que pode decair em hádrons – as massas dos outros léptons são muito pequenas. Como os modos de decaimento leptônico do tau, o decaimento hadrônico é através da interação fraca . [10] [um]
As frações de ramificação dos decaimentos tau hadrônicos dominantes são: [3]
- 25,49% para decaimento em um píon carregado , um píon neutro e um neutrino tau;
- 10,82% para decaimento em um píon carregado e um neutrino tau;
- 9,26% para decaimento em um píon carregado, dois píons neutros e um neutrino tau;
- 8,99% para decaimento em três píons carregados (dos quais dois têm a mesma carga elétrica) e um neutrino tau;
- 2,74% para decaimento em três píons carregados (dos quais dois têm a mesma carga elétrica), um píon neutro e um neutrino tau;
- 1,04% para decaimento em três píons neutros, um píon carregado e um neutrino tau.
No total, o lépton tau decairá hadronicamente aproximadamente 64,79% do tempo.
As frações ramificadas dos decaimentos tau puramente leptônicos comuns são: [3]
- 17,82% para decaimento em um neutrino tau, elétron e antineutrino de elétron;
- 17,39% para decaimento em um neutrino tau, múon e antineutrino múon.
A similaridade dos valores das duas frações ramificadas é uma consequência da universalidade do lépton .
Átomos exóticos
Prevê-se que o lépton tau forme átomos exóticos como outras partículas subatômicas carregadas. Um deles consiste em um antitauon e um elétron:
τ+
e−
. [11]
Outro é um átomo de ônio
τ+
τ−
chamado tauônio verdadeiro e é difícil de detectar devido ao tempo de vida extremamente curto da tau em baixas energias (não relativísticas) necessárias para formar este átomo. Sua detecção seria um importante teste de eletrodinâmica quântica , se possível. [11]
Veja também
Notas de rodapé
- ↑ Como o número de léptons tauônicos é conservado em decaimentos fracos, um neutrino tau sempre é criado quando um tau decai. [10]
Referências
- ^a b Perl, ML; Abrams, G.; Boyarski, A.; Breidenbach, M.; Briggs, D.; Bulos, F.; Chinowsky, W.; Dakin, J.; Feldman, G. (1975). "Evidências de produção anômala de léptons em
e+
e−
aniquilação". Physical Review Letters . 35 (22): 1489. Bibcode : 1975PhRvL..35.1489P . doi : 10.1103/PhysRevLett.35.1489 . - ^ Okun, LB (1980). Léptons e Quarks . Traduzido por Kisin, VI North-Holland Publishing . pág. 103. ISBN 978-0444869241.
- ^a b c d e f Tanabashi, M.; e outros (Grupo de Dados de Partículas) (2018). "Revisão da Física de Partículas". Revisão Física D. 98(3): 030001.Bibcode:2018PhRvD..98c0001T. doi: 10.1103/PhysRevD.98.030001 .
- ^ Fargion, D.; de Sanctis Lucentini, PG; de Santis, M.; Grossi, M. (2004). "Chuvas de ar Tau da Terra" . O Jornal Astrofísico . 613 (2): 1285–1301. arXiv : hep-ph/0305128 . Código Bib : 2004ApJ...613.1285F . doi : 10.1086/423124 . S2CID 119379401 .
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- ^ Ricci, RA; Barnabéi, O.; Mônaco, F. Roversi; Maiani, L. (5 de junho de 1998). A Origem da Terceira Família: Em homenagem a A. Zichichi no XXX aniversário da proposta de busca do terceiro lépton em Adone . Série Científica Mundial em Física do Século XX. Vol. 20. Cingapura: World Scientific Publishing. ISBN 9810231636. ISBN 978-9810231637
- ↑ Tsai, Yung-Su (1 de novembro de 1971). "Correlações de decaimento de léptons pesados em e + + e − → ℓ + + ℓ − ". Revisão Física D . 4 (9): 2821. Código Bib : 1971PhRvD...4.2821T . doi : 10.1103/PhysRevD.4.2821 .
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- ^a b Riazuddin(2009). "Interações não padronizadas"(PDF). NCP 5th Particle Physics Sypnoisis. 1(1): 1–25.
- ^a b d'Enterria, David; Perez-Ramos, Redamy; Shao, Hua-Sheng (2022). "Espectroscopia de ditauônio". European Physical Journal C . 82: 923.arXiv: 2204.07269 . doi:10.1140/epjc/s10052-022-10831-x.
