Тау-лептон

Тау-лептон (${\tau }^{-}$)
Диаграмма Фейнмана основных распадов τ-лептона
Состав	элементарная частица
Семья	фермионы
Группа	лептоны
Поколение	3
Участвует во взаимодействиях	электромагнитное, слабое, гравитационное
Античастица	${\tau }^{+}$
Кол-во типов	1
Масса	1,77682(16) ГэВ
Время жизни	2,9⋅10−13 с
Каналы распада	${\tau }^{-}\to {\mu }^{-}+{\overline{\nu }}_{\mu }+{\nu }_{\tau }$ (17,4 %) ${\tau }^{-}\to e^{-}+{\overline{\nu }}_e+{\nu }_{\tau }$ (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:

$e^{+}+e^{-}\to {\tau }^{+}+{\tau }^{-}.$

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:

$\begin{array}{lcll}{\tau }^{-}& \to & e^{-}+{\overline{\nu }}_e+{\nu }_{\tau }& (17,82\pm 0,04)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & {\mu }^{-}+{\overline{\nu }}_{\mu }+{\nu }_{\tau }& (17,39\pm 0,04)\mathrm{\%}\\ \end{array}$

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:

$\begin{array}{lcll}{\tau }^{-}& \to & {\pi }^{-}+{\pi }^0+{\nu }_{\tau }& (25,49\pm 0,09)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & {\pi }^{-}+{\nu }_{\tau }& (10,82\pm 0,05)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & 2{\pi }^{-}+{\pi }^{+}+{\nu }_{\tau }& (9,31\pm 0,05)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & {\pi }^{-}+2{\pi }^0+{\nu }_{\tau }& (9,26\pm 0,10)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & 2{\pi }^{-}+{\pi }^{+}+{\pi }^0+{\nu }_{\tau }& (4,62\pm 0,05)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & K^{*}(892{)}^{-}+{\nu }_{\tau }& (1,20\pm 0,07)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & {\pi }^{-}+3{\pi }^0+{\nu }_{\tau }& (1,04\pm 0,07)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & {\pi }^{-}+{\overline{K}}^0+{\nu }_{\tau }& (0,840\pm 0,014)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & K^{-}+{\nu }_{\tau }& (0,696\pm 0,010)\mathrm{\%}\\ \end{array}$