Тау-лептон

Тау-лептон ([math]\displaystyle{ \tau^- }[/math])
Диаграмма Фейнмана основных распадов τ-лептона
Состав	элементарная частица
Семья	фермионы
Группа	лептоны
Поколение	3
Участвует во взаимодействиях	электромагнитное, слабое, гравитационное
Античастица	[math]\displaystyle{ \tau^+ }[/math]
Кол-во типов	1
Масса	1,77682(16) ГэВ
Время жизни	2,9⋅10−13 с
Каналы распада	[math]\displaystyle{ \tau^- \to \mu^- + \bar{\nu}_\mu + \nu_\tau }[/math] (17,4 %) [math]\displaystyle{ \tau^- \to e^- + \bar{\nu}_e + \nu_\tau }[/math] (17,8 %) адроны (> 50 %)
Обнаружена	1975 год
Квантовые числа
Электрический заряд	−1
Цветной заряд	отсутствует
Барионное число	0
Лептонное число	+1
Спин	½ ħ
Кол-во спиновых состояний	2

Та́у-лепто́н, тао́н (от греческой буквы греч. τ — тау, использующейся для обозначения) — нестабильная элементарная частица с отрицательным электрическим зарядом и спином ½. В Стандартной Модели физики элементарных частиц классифицируется как часть лептонного семейства фермионов (вместе с электроном, мюоном и нейтрино). Как и все фундаментальные частицы, тау-лептон имеет античастицу с зарядом противоположного знака, но с равной массой и спином: антитау-лептон (антитаон). Вместе с ним, а также с тау-нейтрино и с тау-антинейтрино, тау-лептон составляет третье поколение лептонов.

Тау-лептон был открыт в 1975 году на электрон-позитронном коллайдере SPEAR в Национальной ускорительной лаборатории SLAC (Стэнфорд, США) М. Перлом и сотрудниками. Тау-лептоны образовывались в результате столкновений быстрых электронов и позитронов:

[math]\displaystyle{ e^+ + e^- \to \tau^+ + \tau^-. }[/math]

За открытие этой частицы Мартин Перл получил Нобелевскую премию по физике за 1995 год.

Масса тау-лептона 1776,86 МэВ (что в 3477,17 раз больше массы электрона). Время жизни 2,9⋅10⁻¹³ с.

Каналы распада

Тау-лептон может распадаться на более легкие лептоны:

[math]\displaystyle{ \begin{array}{lcll} \tau^- & \to & e^- + \bar\nu_e + \nu_\tau\ \quad\quad\quad & (17{,}82 \pm 0{,}04)\,\% \\ \tau^- & \to & \mu^- + \bar\nu_\mu + \nu_\tau & (17{,}39 \pm 0{,}04)\,\% \\ \end{array} }[/math]

Тау-лептон является единственным лептоном, который может распадаться на адроны (пи-мезоны, каоны), так как остальные лептоны не имеют достаточной массы. Известные канала распадов тау-лептона на адроны:

[math]\displaystyle{ \begin{array}{lcll} \tau^- & \to & \pi^- + \pi^0 + \nu_\tau & ( 25{,}49 \pm 0{,}09)\,\% \\ \tau^- & \to & \pi^- + \nu_\tau & ( 10{,}82 \pm 0{,}05)\,\% \\ \tau^- & \to & 2\pi^- + \pi^+ + \nu_\tau & (\ 9{,}31 \pm 0{,}05)\,\% \\ \tau^- & \to & \pi^- + 2\pi^0 + \nu_\tau & (\ 9{,}26 \pm 0{,}10)\,\% \\ \tau^- & \to & 2\pi^- + \pi^+ + \pi^0 + \nu_\tau & (\ 4{,}62 \pm 0{,}05)\,\% \\ \tau^- & \to & K^*(892)^- + \nu_\tau & (\ 1{,}20 \pm 0{,}07)\,\% \\ \tau^- & \to & \pi^- + 3\pi^0 + \nu_\tau & (\ 1{,}04 \pm 0{,}07)\,\% \\ \tau^- & \to & \pi^- + \bar K^0 + \nu_\tau & (\ 0{,}840 \pm 0{,}014)\,\% \\ \tau^- & \to & K^- + \nu_\tau & (\ 0{,}696 \pm 0{,}010)\,\% \\ \end{array} }[/math]