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) · me
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 $ \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

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