Lepton

Leptoni (prema grč. λεπτός: sitan) su elementarne čestice koje ne prave druge složene čestice, ali učestvuju u važnim fizičkim procesima. Spin im je 1/2 (dakle, leptoni su fermioni), a oni koji su naelektrisani imaju jedinično naelektrisanje. Ne osećaju jaku, ali su osetljivi na slabu silu. Masa im je znatno manja od mase kvarkova, ali za razliku od njih mogu se naći slobodni.

Lepton

Leptoni su uključeni u nekoliko procesa kao što je beta raspadanje.
Kompozicija	Elementarna čestica
Statistike	Fermioni
Generacija	Prva, druga, treća
Interakcije	Elektromagnetizam, gravitacija, slaba interakcija
Simbol	l
Antičestica	Antilepton (l)
Tipovi	6 (elektron, elektronski neutrino, mion, mionski neutrino, tau, Tau neutrino)
Naelektrisanje	+1 e, 0 e, −1 e
Boja naboja	Ne
Spin	1⁄2

Standardni model elementarnih čestica, s baždarnim i Higsovim bozonom.

Kruksova cev (2 pogleda): na svetlu i u tami. Elektroni putuju ravno s leve strane gde je katoda, na desnu stranu gde je anoda (žica na dnu cevi desno). Kao dokaz struje elektrona postavljen je Malteški krst koji baca senu na desnu stranu cevi.

Upotrebom komore na mehuriće prvi put je otkriven neutrino 13. decembra 1970. Neutrino je udario proton u vodonikovom atomu. Sudar se vidi na desnoj strani, gde se seku 3 linije.

Postoje tri vrste leptona koji obrazuju slabe dublete sa svojim neutrinima: elektron, mion, tau, elektronski neutrino, mionski neutrino i tau neutrino. Šest poznatih leptona svrstano je u tri naraštaja (porodica) leptona: elektronski (e, ν_e), mionski (μ, ν_μ) i tauonski leptoni (τ, ν_τ). Za svaki od njih postoji antilepton, na primer, pozitron kao antičestica elektrona. Elektron, mion i tauon imaju električni naboj i među njima se pojavljuje elektromagnetsko međudelovanje a neutrini su električki neutralni i elektromagnetski ne međudeluju. Svi leptoni međudeluju gravitacijskim i slabim međudelovanjem.

Donedavno se mislilo da leptonski naraštaji ne komuniciraju, što znači da bi zasebno bili očuvani leptonski brojevi, to jest ukupan broj leptona, L_e, L_μ, L_τ. Otkrićem spontanog prelaska neutrina iz jedne vrste u drugu (M. Košiba) došlo se do spoznaje o postojanju neutrinskih masa, a time i do prvih naznaka postojanja nove fizike, izvan standardnog modela čestica.

Leptone karakteriše zakon o očuvanju leptonskog broja - zbroj leptona (leptonski broj +1) i antileptona (leptonski broj -1) koji ulaze u reakciju jednak je broju leptona koji iz nje izlaze.

Tablica leptona

Podela leptona

Čestica / Naziv antičestice	Simbol	Naboj Q (e)	Spin J	Le	Lμ	Lτ	Masa (MeV/c²)	Vreme treajanja (s)
Elektron	e-	−1	1/2	+1	0	0	0,510 998 910  (± 13)	Stabilan
Pozitron	e+	+1		−1
Mion	μ-	−1	1/2	0	+1	0	105,658 366 8  (± 3 8)	2,197 019×10−6 (± 21)
Antimion	μ+	+1			−1
Tauon ili tau lepton	τ-	−1	1/2	0	0	+1	1 776,84  (± 0,17)	2,906×10−13 (± 0,010)
Antitauon	τ+	+1				−1
Neutrino	νe	0	1/2	+1	0	0	< 0,000 002 2	Nepoznato
Elektronski antineutrino	$\mathrm {\bar {\nu _{e}}}$			−1
Mionski neutrino	νμ	0	1/2	0	+1	0	< 0,17	Nepoznato
Mionski antineutrino	$\mathrm {\bar {\nu _{\mu }}}$				−1
Tau neutrino	ντ	0	1/2	0	0	+1	< 15,5	Nepoznato
Tau antineutrino	$\mathrm {\bar {\nu _{\tau }}}$					−1

Objašnjenje

Od leptona najpoznatiji je elektron, stoga su leptoni najviše i proučavani, jer se svojstva elektrona ogledaju u mionu i tau leptonu. Ova tri leptona imaju isti električni naboj i malo toga, osim mase, razlikuje elektron od miona i tau leptona. Jedina očita razlika je u tome što se mion i tau lepton mogu raspadati na druge čestice (iz prve i druge generacije leptona i njihove antičestice), dok je elektron stabilna čestica. Isto kao i kod kvarkova, masa leptona se povećava kako se ide prema višoj generaciji.

Ostala tri leptona se nazivaju neutrini, jer su električki neutralni. Treba napomenuti da nije isto reći, na primer, da je neutron bez naboja i da je neutron neutralan. Neutron se sastoji od tri kvarka i svaki od njih nosi električni naboj koji se u konačnom zbiru poništi. Neutrini, za razliku od neutrona, su elementarne čestice. Kao takve nisu izgrađene od drugih elementarnijih komponenti, oni su istinski neutralni. Stoga, da bi razlikovale takve čestice od onih kojima se naboji komponenti poništavaju, za neutrine (i slične čestice) se kaže da su neutralni, a za neutrone (i čestice slične njima) da su bez naboja. Prema standardnom modelu smatra se da su neutrini čestice bez mase, iako rezultati eksperimenta Super-Kamiokande u Japanu (M. Košiba) daju naznaku da bi neutrini ipak mogli imati izuzetno malu, ali konačnu masu. Budući da su neutrini bez mase i neutralni, to im uskraćuje bilo kakvu fizičko postojanje. Međutim, neutrini imaju energiju i ta ih energija čini stvarnima.

Leptoni, za razliku od kvarkova, postoje u prirodi kao zasebne čestice. Elektron je vrlo poznata čestica i njegova svojstva su uspostavljena u osnovama fizike. Drugi lepton, elektronski neutrino, je manje poznat ali jednako čest u prirodi. U velikom broju ga proizvode neki radioaktivni procesi i središnje jezgre nuklearnih reaktora, dok je Sunce najveći proizvođač. Približno 10¹² elektronskih neutrina prođe kroz ljudsko telo svake sekunde, većina nastala u nuklearnim reakcijama koje se odvijaju u jezgru Sunca. Budući da jako retko deluju s materijom veliki broj neutrina koji prođe kroz ljudsko telo ne čini nikakvu štetu.

Leptoni druge generacije su ređi, ali se mogu naći u prirodi. Mione je lako proizvesti u laboratorijskim eksperimentima. Osim po masi, vrlo su slični elektronima. Zbog velike mase su nestabilni pa se raspadaju na elektrone i neutrina. Jednostavno se mogu posmatrati u eksperimentima s kosmičkim zrakama.

Članovi treće generacije (tau leptoni) nisu viđeni u prirodnim procesima, barem ne u ovom stadiju razvoja svemira. Mnogo ranije, kada je svemir bio topliji i kada su čestice imale daleko više energije, leptoni treće generacije su često nastajali u prirodnim reakcijama. To je međutim bilo pre nekoliko milijardi godina. Danas se tau lepton može posmatrati samo u laboratorijskim eksperimentima, dok tau neutrino nije direktno viđen u eksperimentima već se njegovo prisustvo može zaključiti iz određenih reakcija.

Leptonski broj

Glavni članak: Leptonski broj

Leptonski broj je pretpostavka da leptoni poseduju neko unutrašnje svojstvo koje se ne može meriti na standardni način (u smislu kao što se mogu meriti električni naboj ili masa), ali po kojem se poput generacije kvarkova međusobno razlikuje. Donedavno se mislilo da leptonski naraštaji ne komuniciraju, što znači da bi zasebno bili očuvani leptonski brojevi, to jest ukupan broj leptona: L_e, L_μ, L_τ.

Antileptoni

Antimaterija i antičestice zaista postoje, samo ne na način na koji je često predstavljena u filmovima. Moguće ju je stvoriti u laboratorijima i fizičari elementarnih čestica je često koriste u svojim eksperimentima.

Savremena teorija govori da svaka čestica ima svoju antičesticu, česticu iste mase i spina, ali suprotnog naboja. Osim po naboju, čestice i antičestice se razlikuju po nizu drugih svojstava. Na primer, po leptonskom broju, barionskom broju, i tako dalje. Svojstva koja su jednaka kod čestica i atičestica jesu masa, spin, vreme poluraspada, i tako dalje. Dakle, antimaterija se sastoji od antičestica, isto kao što se materija sastoji od čestica. Antimaterija je veoma retka u svemiru i ne zna se zašto svemir ne sadrži istu količinu materije i antimaterije.

Ukratko, postoji 6 leptona svrstanih u 3 generacije i 6 antileptona takođe svrstanih u 3 generacije. Antileptoni su iste mase i spina kao i leptoni, ali suprotnog naboja i leptonskog broja. U donjoj tabeli, koja predstavlja proširenu leptonsku „porodicu”, u drugom redu su smešteni antileptoni kojima je pridružen leptonski broj suprotnog predznaka:

Proširena leptonska "porodica"

Leptonski broj	+1	0	-1
Elementarna čestica	elektron, mion, tau lepton, elektronski neutrino, mionski neutrino, tau neutrino	kvarkovi, barioni, mezoni, bozoni …	pozitron, antimion, antitauon, elektronski antineutrino, mionski antineutrino]], tau antineutrino

Литература

• Amsler, C.; et al. (Particle Data Group) (2008). „Review of Particle Physics” (PDF). Physics Letters B. 667 (1): 1. Bibcode:2008PhLB..667....1A. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018. 
• Anicin, I. V. (2005). „The Neutrino: Its Past, Present and Future”. arXiv:physics/0503172 . 
• Fukuda, Y.; et al. (1998). „Evidence for Oscillation of Atmospheric Neutrinos”. Physical Review Letters. 81 (8): 1562—1567. Bibcode:1998PhRvL..81.1562F. arXiv:hep-ex/9807003 . doi:10.1103/PhysRevLett.81.1562. 
• Kodama, K.; et al. (2001). „Observation of tau neutrino interactions”. Physics Letters B. 504 (3): 218—224. Bibcode:2001PhLB..504..218D. arXiv:hep-ex/0012035 . doi:10.1016/S0370-2693(01)00307-0. 
• B. R. Martin; G. Shaw (1992). „Chapter 2: Leptons, quarks and hadrons”. Particle Physics. John Wiley & Sons. str. 23—47. ISBN 978-0-471-92358-9. 
• Neddermeyer, S. H.; Anderson, C. D. (1937). „Note on the Nature of Cosmic-Ray Particles” (PDF). Physical Review. 51 (10): 884—886. Bibcode:1937PhRv...51..884N. doi:10.1103/PhysRev.51.884. 
• Perl, M. L.; et al. (1975). „Evidence for Anomalous Lepton Production in e⁺–e⁻ Annihilation”. Physical Review Letters. 35 (22): 1489—1492. Bibcode:1975PhRvL..35.1489P. doi:10.1103/PhysRevLett.35.1489. 
• Peskin, M. E.; Schroeder, D. V. (1995). Introduction to Quantum Field Theory. Westview Press. ISBN 978-0-201-50397-5. 
• Riesselmann, K. (2007). „Logbook: Neutrino Invention”. Symmetry Magazine. 4 (2). Arhivirano iz originala 2009-05-31. g. 
• Rosenfeld, L. (1948). Nuclear Forces. Interscience Publishers. str. xvii. 
• Shankar, R. (1994). „Chapter 2: Rotational Invariance and Angular Momentum”. Principles of Quantum Mechanics (2nd izd.). Springer. str. 305–352. ISBN 978-0-306-44790-7. 
• Weinberg, S. (2003). The Discovery of Subatomic Particles. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-82351-7. 
• Wilson, R. (1997). Astronomy Through the Ages: The Story of the Human Attempt to Understand the Universe. CRC Press. str. 138. ISBN 978-0-7484-0748-4. 
• B.A. Schumm (2004). Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics. Johns Hopkins University Press. ISBN 978-0-8018-7971-5. 
• „The Standard Model of Particle Physics Interactive Graphic”. 
• I. Aitchison; A. Hey (2003). Gauge Theories in Particle Physics: A Practical Introduction. Institute of Physics. ISBN 978-0-585-44550-2. 
• W. Greiner; B. Müller (2000). Gauge Theory of Weak Interactions. Springer. ISBN 978-3-540-67672-0. 
• G.D. Coughlan; J.E. Dodd; B.M. Gripaios (2006). The Ideas of Particle Physics: An Introduction for Scientists. Cambridge University Press. 
• D.J. Griffiths (1987). Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. ISBN 978-0-471-60386-3. 
• G.L. Kane (1987). Modern Elementary Particle Physics. Perseus Books. ISBN 978-0-201-11749-3. 
• T.P. Cheng; L.F. Li (2006). Gauge theory of elementary particle physics. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-851961-4.  Highlights the gauge theory aspects of the Standard Model.
• J.F. Donoghue; E. Golowich; B.R. Holstein (1994). Dynamics of the Standard Model. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-47652-2.  Highlights dynamical and phenomenological aspects of the Standard Model.
• L. O'Raifeartaigh (1988). Group structure of gauge theories. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-34785-3. 
• Nagashima, Yorikiyo (2013). Elementary Particle Physics: Foundations of the Standard Model, Volume 2. Wiley. ISBN 978-3-527-64890-0.  920 pages.
• Schwartz, Matthew D. (2014). Quantum Field Theory and the Standard Model. Cambridge University. ISBN 978-1-107-03473-0.  952 pages.
• Langacker, Paul (2009). The Standard Model and Beyond. CRC Press. ISBN 978-1-4200-7907-4.  670 pages. Highlights group-theoretical aspects of the Standard Model.
• E.S. Abers; B.W. Lee (1973). „Gauge theories”. Physics Reports. 9 (1): 1—141. Bibcode:1973PhR.....9....1A. doi:10.1016/0370-1573(73)90027-6. 
• M. Baak; et al. (2012). „The Electroweak Fit of the Standard Model after the Discovery of a New Boson at the LHC”. The European Physical Journal C. 72 (11): 2205. Bibcode:2012EPJC...72.2205B. S2CID 15052448. arXiv:1209.2716 . doi:10.1140/epjc/s10052-012-2205-9. 
• Y. Hayato; et al. (1999). „Search for Proton Decay through p → νK⁺ in a Large Water Cherenkov Detector”. Physical Review Letters. 83 (8): 1529—1533. Bibcode:1999PhRvL..83.1529H. S2CID 118326409. arXiv:hep-ex/9904020 . doi:10.1103/PhysRevLett.83.1529. 
• S.F. Novaes (2000). „Standard Model: An Introduction”. arXiv:hep-ph/0001283 . 
• D.P. Roy (1999). „Basic Constituents of Matter and their Interactions – A Progress Report”. arXiv:hep-ph/9912523 . 
• F. Wilczek (2004). „The Universe Is A Strange Place”. Nuclear Physics B: Proceedings Supplements. 134: 3. Bibcode:2004NuPhS.134....3W. S2CID 28234516. arXiv:astro-ph/0401347 . doi:10.1016/j.nuclphysbps.2004.08.001. 
• Georgi, Howard (1999), Lie algebras in particle physics, Perseus Books Group, ISBN 978-0-7382-0233-4 .
• Christman, J. Richard (2001), „Colour and Charm” (PDF), www.physnet.org, Project PHYSNET, document MISN-0-283 .
• Hawking, Stephen (1998), A Brief History of Time, Bantam Dell Publishing Group, ISBN 978-0-553-10953-5 .
• Close, Frank (2007), The New Cosmic Onion, Taylor & Francis, ISBN 978-1-58488-798-0 .
• Wu, T.-Y.; Pauchy Hwang, W.-Y. (1991). Relativistic quantum mechanics and quantum fields. World Scientific. str. 321. ISBN 978-981-02-0608-6. 
• Muta, T. (2009). Foundations of Quantum Chromodynamics: An introduction to perturbative methods in gauge theories. Lecture Notes in Physics. 78 (3rd izd.). World Scientific. ISBN 978-981-279-353-9. 
• Smilga, A. (2001). Lectures on quantum chromodynamics. World Scientific. ISBN 978-981-02-4331-9. 
• Pauli, Wolfgang (1941). „Relativistic Field Theories of Elementary Particles”. Rev. Mod. Phys. 13: 203—32. Bibcode:1941RvMP...13..203P. doi:10.1103/revmodphys.13.203. 
• Yang C. N., Mills R. L. (1954). „Conservation of Isotopic Spin and Isotopic Gauge Invariance”. Phys. Rev. 96: 191—195. Bibcode:1954PhRv...96..191Y. doi:10.1103/PhysRev.96.191 . 
• Donaldson, Simon K. (1983). „Self-dual connections and the topology of smooth 4-manifolds”. Bulletin of the American Mathematical Society. 8 (1): 81—83. MR 0682827. doi:10.1090/S0273-0979-1983-15090-5 . 
• Pickering, A. (1984). Constructing Quarks. University of Chicago Press. ISBN 0-226-66799-5. 

Spoljašnje veze

• „Particle Data Group homepage”.  – The PDG compiles authoritative information on particle properties.
• „Leptons”. Physics & Astronomy. Georgia State University. Hyperphysics.  – a summary of leptons.