τ-Lepton

τ-Lepton
Klassifikation
Elementarteilchen Fermion Lepton
Eigenschaften ^[1]
Ladung	−1 e (−1,602 · 10⁻¹⁹ C)
Masse	1,907 49(17) u 3,167 47(29) · 10⁻²⁷ kg 3477,15(31) · m_e 1776,82(16) MeV/c²
Compton-Wellenlänge	0,697 787(63) · 10⁻¹⁵ m
Spin	1/2
mittlere Lebensdauer	2,906(10) · 10⁻¹³ s ^[2]

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

π^{-} \equiv (d, \bar{u})

gilt

Das τ-Lepton kann sowohl in die leichteren Leptonen zerfallen

τ^{-} \to e^{-} + {\bar{ν}}_{e} + ν_{τ} (17, 83 \pm 0, 04) %

τ^{-} \to μ^{-} + {\bar{ν}}_{μ} + ν_{τ} (17, 41 \pm 0, 04) %

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

τ^{-} \to π^{-} + π^{0} + ν_{τ} (25, 52 \pm 0, 09) %

τ^{-} \to π^{-} + ν_{τ} (10, 83 \pm 0, 06) %

τ^{-} \to 2 π^{-} + π^{+} + ν_{τ} (9, 31 \pm 0, 06) %

τ^{-} \to π^{-} + 2 π^{0} + ν_{τ} (9, 30 \pm 0, 11) %

τ^{-} \to 2 π^{-} + π^{+} + π^{0} + ν_{τ} (4, 62 \pm 0, 06) %

τ^{-} \to K^{*} (892)^{-} + ν_{τ} (1, 20 \pm 0, 07) %

τ^{-} \to π^{-} + 3 π^{0} + ν_{τ} (1, 05 \pm 0, 07) %

τ^{-} \to π^{-} + {\bar{K}}^{0} + ν_{τ} (0, 84 \pm 0, 04) %

τ^{-} \to K^{-} + ν_{τ} (0, 70 \pm 0, 01) %

Die Quarkzusammensetzung der am häufigsten beteiligten Mesonen lautet:

| π^{-} ⟩ = | d \bar{u} ⟩, | π^{0} ⟩ = \frac{1}{\sqrt{2}} (| u \bar{u} ⟩ - | d \bar{d} ⟩)

| K^{-} ⟩ = | s \bar{u} ⟩, | {\bar{K}}^{0} ⟩ = | s \bar{d} ⟩

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)^{-} ⟩ = | s \bar{u} ⟩

Einzelnachweise

↑ Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus der Veröffentlichung der CODATA Task Group on Fundamental Constants: CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 25. Juli 2015 (englisch).
↑ ^2,0 ^2,1 J. Beringer et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Physical Review D 86 (2012) 010001 (online).
↑ Martin L. Perl: Evidence for, and properties of, the new charged heavy lepton. In: Tran Thanh Van (Hrsg.): Proceedings of the XII Rencontre de Moriond. 1977. (SLAC-PUB-1923, PDF).
↑ M. L. Perl et al.: Evidence for Anomalous Lepton Production in e+-e- Annihilation. In: Physical Review Letters. 35. Jahrgang, Nr. 22, 1975, S. 1489–1492, doi:10.1103/PhysRevLett.35.1489.

[1] Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus der Veröffentlichung der CODATA Task Group on Fundamental Constants: CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 25. Juli 2015 (englisch).

[PDG-2] 2,0 ^2,1 J. Beringer et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Physical Review D 86 (2012) 010001 (online).

[3] Martin L. Perl: Evidence for, and properties of, the new charged heavy lepton. In: Tran Thanh Van (Hrsg.): Proceedings of the XII Rencontre de Moriond. 1977. (SLAC-PUB-1923, PDF).

[Perl1975-4] M. L. Perl et al.: Evidence for Anomalous Lepton Production in e+-e- Annihilation. In: Physical Review Letters. 35. Jahrgang, Nr. 22, 1975, S. 1489–1492, doi:10.1103/PhysRevLett.35.1489.

[1]

[2]

[3]

[4]