Existen seis tipos de leptones, conocidos comosabores', agrupados en tresgeneraciones].[2] Los leptones delde primera generación, también llamadosleptones electrónicos, comprenden elelectrón (e− ) y elneutrino electrónico (ν e); los segundos son losleptones muónicos, que comprenden elmuón (μ− ) y elneutrino muónico; y el tercero son losleptones tauónicos, que comprenden latau (τ− ) y elneutrino tau (ν τ). Los electrones tienen la menor masa de todos los leptones cargados. Los muones y taus, más pesados, se transforman rápidamente en electrones y neutrinos mediante un proceso dedesintegración de partículas: la transformación de un estado de mayor masa a otro de menor masa. Así, los electrones son estables y el leptón cargado más común en eluniverso, mientras que los muones y los taus sólo pueden producirse encolisiones de alta energía (como las que involucranrayos cósmicoss y las que se llevan a cabo enaceleradores de partículass).
Para cada sabor del leptón, existe un tipo correspondiente deantipartícula, conocida como antileptón, que difiere del leptón sólo en que algunas de sus propiedades tienenigual magnitud pero signo opuesto. Según ciertas teorías, los neutrinos podrían sersu propia antipartícula. Actualmente no se sabe si esto es así.
El primer leptón cargado, el electrón, fue teorizado a mediados del siglo XIX por varios científicos.[3][4][5] y fue descubierto en 1897 porJ. J. Thomson fue nombrado JOSÉNART debido a la combinación de cargas encontradas en el.[6] El siguiente leptón que se observó fue elmuón, descubierto porCarl D. Anderson en 1936, que fue clasificado como unmesón en ese momento.[7] Después de la investigación, se dio cuenta de que el muón no tenía las propiedades esperadas de un mesón, sino que se comportaba como un electrón, solo que con mayor masa. Hubo que esperar hasta 1947 para que se propusiera el concepto de "leptones" como familia de partículas.[8] El primer neutrino, el neutrino electrónico, fue propuesto por Wolfgang Pauli en 1930 para explicar ciertas características de la desintegración beta.[8] Se observó por primera vez en el Experimento de neutrinos de Cowan-Reines realizado porClyde Cowan yFrederick Reines en 1956.[8][9] El neutrino muón fue descubierto en 1962 porLeon M. Lederman,Melvin Schwartz, yJack Steinberger,[10] y el tau descubierto entre 1974 y 1977 por Martin Lewis Perl y sus colegas del Centro Acelerador Lineal de Stanford y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.[11] El neutrino tau permaneció escurridizo hasta julio de 2000, cuando la colaboraciónDONUT deFermilab anunció su descubrimiento.[12][13]
Los leptones son una parte importante delModelo Estándar. Los electrones son uno de los componentes delátomo, junto con elprotón y elneutrón. También se pueden sintetizar átomos exóticos con muones y taus en lugar de electrones, así como partículas leptón-antileptón como elpositronio.
El nombreleptón proviene delGriegoλεπτόςleptós, "fino, pequeño, delgado" (neutro forma nominativa/acusativa singular: λεπτόνleptón);[14][15] la forma más antigua atestiguada de la palabra es elgriego micénico.𐀩𐀡𐀵,re-po-to, escrita en escritura silábicaLineal B.[16]Leptón fue utilizado por primera vez por el físicoLéon Rosenfeld en 1948:[17]
Siguiendo una sugerencia del profesorC. Møller, adopto -como complemento de "nucleón"- la denominación "leptón" (de λεπτός, pequeño, fino, delicado) para denotar una partícula de masa pequeña.
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Rosenfeld eligió el nombre porque los únicos leptones conocidos en aquel momento eran los electrones y los muones, cuyas masas son pequeñas en comparación con los nucleones-la masa de un electrón 0,511 MeV/c²[18] y la masa de un muón (con un valor de 105,7 MeV/c²[19] son fracciones de la masa del protón "pesado" 938,3 MeV/c².[20] Sin embargo, la masa del tau (descubierto a mediados de la década de 1970) 1777 MeV/c²[21] es casi el doble que la del protón y unas 3500 veces la del electrón.
Casi 40 años después del descubrimiento del electrón, elmuón fue descubierto porCarl D. Anderson en 1936. Debido a su masa, fue clasificado inicialmente como unmesón en lugar de un leptón.[25] Más tarde quedó claro que el muón era mucho más similar al electrón que a los mesones, ya que los muones no sufren lainteracción fuerte, y por tanto el muón fue reclasificado: electrones, muones y el neutrino (electrón) fueron agrupados en un nuevo grupo de partículas: los leptones. En 1962,Leon M. Lederman,Melvin Schwartz yJack Steinberger demostraron que existía más de un tipo de neutrino al detectar por primera vez interacciones del neutrinomuón, lo que les valió elPremio Nobel 1988, aunque para entonces ya se había teorizado sobre los diferentes sabores del neutrino.[26]
Eltau fue detectado por primera vez en una serie de experimentos entre 1974 y 1977 porMartin Lewis Perl con sus colegas delSLACLBL group.[27] Al igual que el electrón y el muón, también se esperaba que tuviera un neutrino asociado. La primera evidencia de la existencia de neutrinos tau vino de la observación de energía y momento "perdidos" en la desintegración tau, de forma análoga a la energía y momento "perdidos" en la desintegración beta que condujo al descubrimiento del neutrino electrón. La primera detección de las interacciones del neutrino tau fue anunciada en 2000 por la colaboraciónDONUT enFermilab, convirtiéndola en la segunda partícula delModelo Estándar en haber sido observada directamente,[28] descubriéndose elbosón de Higgs en 2012.
Aunque todos los datos actuales son consistentes con tres generaciones de leptones, algunos físicos de partículas están buscando una cuarta generación. El límite inferior actual de la masa de dicho cuarto leptón cargado es 100,8 GeV/c²,[29] mientras que su neutrino asociado tendría una masa de al menos 45,0 GeV/c².[30]
Nombre y carga eléctrica de los componentes de la materia.Ejemplo del decaimiento de un leptón en otras partículas.
Hay tres tipos conocidos de leptones: elelectrón, elmuon y el leptóntau. Cada tipo está representado por un par de partículas llamadasdoblete débil. Uno es una partícula cargada masiva que lleva el mismo nombre que su tipo (como el electrón). La otra es una partícula neutra casi sin masa llamadaneutrino (como elneutrino electrónico). Todas, es decir las seis partículas, tienen su correspondienteantipartícula (como elpositrón o elantineutrino electrónico). Todos los leptones cargados conocidos tienen unasencilla unidad de carga eléctrica (que depende de si son partículas o antipartículas) y todos los neutrinos y antineutrinos tienen carga eléctrica cero. Los leptones cargados tienen dos estados deespín posibles, mientras que se observa una solahelicidad en los neutrinos (todos los neutrinos sonlevógiros y todos los antineutrinos sondextrógiros.
Las masas de los leptones también obedecen a una relación simple, conocida como lafórmula de Koide, pero actualmente esta relación aún no puede ser explicada.
Cuando interactúan partículas, generalmente el número de leptones del mismo tipo (electrones y neutrinos electrónicos, muones y neutrinos muónicos, leptones tau y neutrinos tauónicos) se mantiene. Este principio es conocido como la conservación delnúmero leptónico. La conservación del número de leptones de diferente sabor (p.e. número electrónico o número muónico) algunas veces se puede violar (como en laoscilación de neutrinos). Una ley de conservación más fuerte es el número total de leptones de todos los sabores que es violada por una pequeña cantidad en elmodelo estándar por las llamadasanomalías quirales.
Los acoples de los leptones a losbosones de gauge son independientes del sabor. Esta propiedad es llamadauniversalidad leptónica y ha sido probada en medidas de lavida media de tauones y muones, y en decaimientos parciales de bosones Z, particularmente en los experimentos deSLC yLEP.
Se nota que las masas de los neutrinos son conocidas, diferentes de cero, por laoscilación de neutrinos, pero sus masas son lo suficientemente ligeras que no se podían directamente medir hasta el 2007. Sin embargo tienen una medida (indirectamente basada en los periodos de oscilación) la diferencia del cuadrado de las masas entre los neutrinos que tienen que ser estimadas y. Esto lleva a las siguientes conclusiones:
y son más ligeros que 2,2 eV (es como y las diferencias de masas entre los neutrinos son del orden de los milielectronvoltios).
uno (o muchos) de los neutrinos son más pesados que 0,040 eV.
dos (o tres) de los neutrinos son más pesados que 0,008 eV
Los nombres "mu" y "tau" parece que fueron seleccionados debido a su lugar en elalfabeto griego; mu es la séptima letra después de epsilon (electrón) y tau es la séptima después de mu.μ y τ son versiones inestables del electrón. Cuando los leptones están cargados, estos interactúan con interacción electromagnética e interacción débil; no así los neutrinos que lo hacen solo en interacción débil.
