τ-Lepton

Das τ-Lepton (lies: „Tau-Lepton“), Tauon oder τ-Teilchen ist das schwerste der drei geladenen Leptonen des Standardmodells der Elementarteilchen. Seine Masse beträgt 1777 MeV/c² und damit etwa das 3500-fache seines leichten Schwesterteilchens, des Elektrons. Seine Lebenszeit beträgt 2,906 ± 0,010 · 10⁻¹³ s.

Name und Entdeckung

Der Name Tauon, bzw. der Buchstabe τ, wurde nach dem griechischen Wort für Drittes (τρίτον, tríton) gewählt, weil das τ-Lepton das dritte geladene elektronenartige Teilchen ist.^[3] Es wurde im Jahre 1975 von Martin L. Perl und seinen Mitarbeitern am SLAC bei einer Elektron-Positron-Kollision im SPEAR-Ring entdeckt.^[4] Insbesondere für diese Entdeckung erhielt Perl im Jahre 1995 den Nobelpreis für Physik.

Zerfall

Feynman-Diagramm der häufigsten Zerfallskanäle, wobei $ \pi ^{-}\equiv (d,{\bar {u}}) $ gilt

Das τ-Lepton kann sowohl in die leichteren Leptonen zerfallen

$ \tau ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}+\nu _{\tau }\quad (17{,}83\pm 0{,}04)\,\% $

$ \tau ^{-}\to \mu ^{-}+{\bar {\nu }}_{\mu }+\nu _{\tau }\quad (17{,}41\pm 0{,}04)\,\% $

als auch in verschiedene Hadronen, z.B. Pionen oder Kaonen. Hier eine Auswahl der zahlreichen Zerfallskanäle^[2]:

$ \tau ^{-}\to \pi ^{-}+\pi ^{0}+\nu _{\tau }\quad (25{,}52\pm 0{,}09)\,\% $

$ \tau ^{-}\to \pi ^{-}+\nu _{\tau }\quad (10{,}83\pm 0{,}06)\,\% $

$ \tau ^{-}\to 2\pi ^{-}+\pi ^{+}+\nu _{\tau }\quad (9{,}31\pm 0{,}06)\,\% $

$ \tau ^{-}\to \pi ^{-}+2\pi ^{0}+\nu _{\tau }\quad (9{,}30\pm 0{,}11)\,\% $

$ \tau ^{-}\to 2\pi ^{-}+\pi ^{+}+\pi ^{0}+\nu _{\tau }\quad (4{,}62\pm 0{,}06)\,\% $

$ \tau ^{-}\to K^{*}(892)^{-}+\nu _{\tau }\quad (1{,}20\pm 0{,}07)\,\% $

$ \tau ^{-}\to \pi ^{-}+3\pi ^{0}+\nu _{\tau }\quad (1{,}05\pm 0{,}07)\,\% $

$ \tau ^{-}\to \pi ^{-}+{\bar {K}}^{0}+\nu _{\tau }\quad (0{,}84\pm 0{,}04)\,\% $

$ \tau ^{-}\to K^{-}+\nu _{\tau }\quad (0{,}70\pm 0{,}01)\,\% $

Die Quarkzusammensetzung der am häufigsten beteiligten Mesonen lautet:

$ |\pi ^{-}\rangle =|d{\bar {u}}\rangle \ ,\quad |\pi ^{0}\rangle ={\frac {1}{\sqrt {2}}}\left(|u{\bar {u}}\rangle -|d{\bar {d}}\rangle \right) $

$ |K^{-}\rangle =|s{\bar {u}}\rangle \ ,\quad |{\bar {K}}^{0}\rangle =|s{\bar {d}}\rangle $

Diese Mesonen sind pseudoskalare Mesonen mit Gesamtspin 0 und ungerader Parität $ J^{P}=0^{-} $. Es können auch Vektormesonen mit Gesamtspin 1 und ungerader Parität $ J^{P}=1^{-} $ entstehen, so z.B. das $ K^{*}(892)^{-} $:

$ |{\bar {K}}^{*}(892)^{-}\rangle =|s{\bar {u}}\rangle $

Einzelnachweise