Тау-Честичка

Заедно со електронот, мионот, и трите неутрина, е лептон. Како и сите други елементарни честички со половичен спин, тау-честичката има своја античестичка со спротивен полнеж но еднаква маса и спин, што во случајот со тау-честичката е антитау (или уште наречена и позитивно тау). Тау-честичките се обележуваат со
τ−
а антитау со
τ+
.

Тау-лептоните имаат животен век од 2,9⋅10^-13 с и маса од 1.776,82 MeV/c² (споредено со 105,7 MeV/c² за миони и 0,511 MeV/c² за електрони). Бидејќи нивните заемнидејства се многу слични со оние на електроните, тау може да се смета како потешка верзија од електронот. Поради нивната поголема маса, тау-честичките не испуштаат толку многу закочно зрачење како електроните; следствено, тие се потенцијално попродорни, многу повеќе од електроните.

Поради нивниот краток животен век, опсегот на тау воглавно зависи од нивната должина на распаѓање, што е премногу мало за да може да се забележи закочното зрачење. Нивната продорна моќ се појавува само при ултраголема брзина и енергија (енергии над петаелектронволти), кога временската дилатација ја издолжува должината на изминатиот пат.

Како и во случајот со сите останати наелектр5изирани лептони, тау има и соодветно тау-неутрино, кое се означува како ν_τ.

Тау бил пронајден во 1971 година од страна на Јунг-Су Цаи . Обезбедувајќи ја теоријата за ова откритие, тау бил откриен во низа експерименти меѓу 1974 и 1977 година од страна на Мартин Луис Перл со неговите колеги во Стенфордскиот линиски забрзувачки центар (SLAC) и групата на Берклиевата лабораторија (LBL). Нивната опрема се состоела од тогашниот нов SLAC-ов
e+
–
e−
судирачки прстен, наречен SPEAR, и LBL магнетениот детектор. Тие имале способност да ги детектираат и разликуваат лептоните, хадроните и фотоните. Тие не ги откриле директно тау-честичките, туку откриле аномални настани:

Откриеби се 64 настани од обликот:

e+
+
e−
→
e±
+
μ∓
+ најмалку две неоткриени честички
за кои не постои конвенционално објаснување.

Потребата да постојат најмалку две неоткриени честички била прикажана со неможноста да се зачува енергијата и импулсот со само една честичка. Сепак, не се откриени ниту други миони, електрони, фотони или хадрони. Било предложено овој настан да е производство и последователно распаѓање на нов пар од честички:

e+
+
e−
→
τ+
+
τ−
→
e±
+
μ∓
+ 4
ν

Ова беше тешко да се потврди, бидејќи енергијата за производство на парот
τ+

τ−
е слична со енергијата на прагот за производство на D-мезонот. Масата и спинот на тау подоцна биле утврдени со работа извршена во DESY-Хамбург со двокракиот спектрометар (DASP) и во SLAC-Стенфорд со директниот електронски бројач (DELCO) при SPEAR.

Симболот τ бил изведен од грчкиот τρίτον (тритон, што значи „трето“ на англиски јазик), бидејќи бил откриен трет наелектризиран лептон.

Мартин Луис Перл ја сподели Нобеловата награда за физика од 1995 со Фредерик Рајнес. На Рајнес наградата му е доделена за неговиот придонес за експериментално откривање на неутриното.

 

Тау е единствениот летон кој може да се распаѓа во хадрони - другите лептони немаат доволна маса. Како и другите начини на распаѓање на тау, хадронскиот распад се одвива преку слабото заемнодејство.

Распределувањето на доминантните хадронски тау-распади се:

• 25.52% за распаѓање во наелектризиран пион, неутрален пион и тау-неутрино;
• 10.83% за распаѓање во наелектризиран пион и тау-неутрино;
• 9.30% за распаѓање во наелектризиран пион, два неутрални пиони и тау-неутрино;
• 8.99% за распаѓање во три наелектризирани пиони (од кои два имаат истиот електричен полнеж) и тау-неутрино;
• 2.70% за распаѓање во три наелектризирани пиони (од кои два го имаат истиот електричен полнеж), неутрален пион и тау-неутрино;
• 1.05% за распаѓање во три неутрални пиони, наелектризирант пион и тау-неутрино.

Севкупно, тау-лептонот ќе се распаѓа хадронски приближно 64,79% од времето.

Бидејќи бројот на тау-лептонскиот број е зачуван при слаби распади, тау-неутриното секогаш се создава при тау-распади.

Односот на разгранувањето на лептонските тау честички е:

• 17.82% за распаѓање во тау-неутрино, електрони и електронско антинеутрино;
• 17.39% за распаѓање во тау-неутрино, мион и мионско антинеутрино.

Сличноста на вредностите на двата разгранувачки коефициенти е последица на универзалноста на лептонот.

Предвидено е дека тау-лептонот може да создава егзотични атоми како другите наелектризирани субатомски честички. Еден од таквите, наречен тауонониум аналогно на миониум, се состои од антитауон и електрон:
τ+

e−
.

Другиот е атом е ониум
τ+

τ−
наречен „вистински тауониум“ и е тешко да се забележи поради исклучителниот краток животен век на тау при ниски (нерелативистички) енергии потребни за да се создаде овој атом. Неговото откривање е важно за квантната електродинамика.

• Коидева равенка