Leptón

tipo de partículas subatómicas

En física, un leptón es una partícula con espín 1/2 en el caso de los neutrinos y +/- 1/2 en los demás leptones (un fermión) que no experimenta interacción fuerte.[1]​ Los leptones forman parte de una familia de partículas elementales conocida como la familia de los fermiones, al igual que los quarks.

Nombre y carga eléctrica de los seis leptones.

Un leptón es un fermión fundamental sin carga hadrónica o de color. Existen seis leptones y sus correspondientes antipartículas: el electrón, el muon, el tau y tres neutrinos asociados a cada uno de ellos.

El primer leptón cargado, el electrón, fue teorizado a mediados del siglo XIX por varios científicos.[2][3][4]​ y fue descubierto en 1897 por J. J. Thomson.[5]​ El siguiente leptón que se observó fue el muón, descubierto por Carl D. Anderson en 1936, que fue clasificado como un mesón en ese momento.[6]​ Después de la investigación, se dio cuenta de que el muón no tenía las propiedades esperadas de un mesón, sino que se comportaba como un electrón, solo que con mayor masa. Hubo que esperar hasta 1947 para que se propusiera el concepto de "leptones" como familia de partículas.[7]​ El primer neutrino, el neutrino electrónico, fue propuesto por Wolfgang Pauli en 1930 para explicar ciertas características de la desintegración beta.[7]​ Se observó por primera vez en el Experimento de neutrinos de Cowan-Reines realizado por Clyde Cowan y Frederick Reines en 1956.[7][8]​ El neutrino muón fue descubierto en 1962 por Leon M. Lederman, Melvin Schwartz, y Jack Steinberger,[9]​ y el tau descubierto entre 1974 y 1977 por Martin Lewis Perl y sus colegas del Centro Acelerador Lineal de Stanford y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.[10]​ El neutrino tau permaneció escurridizo hasta julio de 2000, cuando la colaboración DONUT de Fermilab anunció su descubrimiento.[11][12]

Propiedades de los leptonesEditar

 
Nombre y carga eléctrica de los componentes de la materia.
 
Ejemplo del decaimiento de un leptón en otras partículas.

Hay tres tipos conocidos de leptones: el electrón, el muon y el leptón tau. Cada tipo está representado por un par de partículas llamadas doblete débil. Uno es una partícula cargada masiva que lleva el mismo nombre que su tipo (como el electrón). La otra es una partícula neutra casi sin masa llamada neutrino (como el neutrino electrónico). Todas, es decir las seis partículas, tienen su correspondiente antipartícula (como el positrón o el antineutrino electrónico). Todos los leptones cargados conocidos tienen una sencilla unidad de carga eléctrica (que depende de si son partículas o antipartículas) y todos los neutrinos y antineutrinos tienen carga eléctrica cero. Los leptones cargados tienen dos estados de espín posibles, mientras que se observa una sola helicidad en los neutrinos (todos los neutrinos son levógiros y todos los antineutrinos son dextrógiros.

Las masas de los leptones también obedecen a una relación simple, conocida como la fórmula de Koide, pero actualmente esta relación aún no puede ser explicada.

Cuando interactúan partículas, generalmente el número de leptones del mismo tipo (electrones y neutrinos electrónicos, muones y neutrinos muónicos, leptones tau y neutrinos tauónicos) se mantiene. Este principio es conocido como la conservación del número leptónico. La conservación del número de leptones de diferente sabor (p.e. número electrónico o número muónico) algunas veces se puede violar (como en la oscilación de neutrinos). Una ley de conservación más fuerte es el número total de leptones de todos los sabores que es violada por una pequeña cantidad en el modelo estándar por las llamadas anomalías quirales.

Los acoples de los leptones a los bosones de gauge son independientes del sabor. Esta propiedad es llamada universalidad leptónica y ha sido probada en medidas de la vida media de tauones y muones, y en decaimientos parciales de bosones Z, particularmente en los experimentos de SLC y LEP.

Tabla de leptonesEditar

Carga del leptón / antipartícula Neutrino / antineutrino
Nombre Símbolo Carga eléctrica (e) Masa(MeV/c2) Nombre Símbolo Carga eléctrica (e) Masa (MeV/c2)
Electrón / Positrón   −1 / +1 0,511 Neutrino electrónico / Electrón antineutrino   0 < 0,0000022[13]
Muon / Antimuón   −1 / +1 105,7 Neutrino muónico / Muon antineutrino   0 < 0,17[13]
Tau / Antitau   −1 / +1 1777 Tau neutrino / Tau antineutrino   0 < 15,5[13]

Se nota que las masas de los neutrinos son conocidas, diferentes de cero, por la oscilación de neutrinos, pero sus masas son lo suficientemente ligeras que no se podían directamente medir hasta el 2007. Sin embargo tienen una medida (indirectamente basada en los periodos de oscilación) la diferencia del cuadrado de las masas entre los neutrinos que tienen que ser estimadas   y  . Esto lleva a las siguientes conclusiones:

  •   y   son más ligeros que 2,2 eV (es como   y las diferencias de masas entre los neutrinos son del orden de los milielectronvoltios).
  • uno (o muchos) de los neutrinos son más pesados que 0,040 eV.
  • dos (o tres) de los neutrinos son más pesados que 0,008 eV

Los nombres "mu" y "tau" parece que fueron seleccionados debido a su lugar en el alfabeto griego; mu es la séptima letra después de epsilon (electrón) y tau es la séptima después de mu. μ y τ son versiones inestables del electrón. Cuando los leptones están cargados, estos interactúan con interacción electromagnética e interacción débil; no así los neutrinos que lo hacen solo en interacción débil.

EtimologíaEditar

Para más información léase leptón en el Wikicionario.

La palabra "leptón" (del griego leptos) fue usada por primera vez por el físico Léon Rosenfeld en 1948:

Siguiendo la sugerencia del Prof. C. Møller, Yo adopté - como una derivación de "nucleón" - la denominación "leptón" (de λεπτός, pequeño, delgado, delicado) para denotar una partícula de pequeña masa.[14]

El nombre se origina de antes del descubrimiento en 1970 del pesado leptón tau, que es casi el doble de la masa de un protón.

En la cultura popularEditar

Véase tambiénEditar

ReferenciasEditar

  1. «Lepton (physics)». Encyclopædia Britannica. Consultado el 29 de septiembre de 2010. 
  2. Farrar, W. V. (1969). «Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter». Annals of Science 25 (3): 243-254. doi:10.1080/00033796900200141. 
  3. Arabatzis, T. (2006). Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities. University of Chicago Press. pp. 70-74. ISBN 978-0-226-02421-9. 
  4. Buchwald, J. Z.; Warwick, A. (2001). Histories of the Electron: The Birth of Microphysics. MIT Press. pp. 195-203. ISBN 978-0-262-52424-7. 
  5. Thomson, J. J. (1897). «Cathode Rays». Philosophical Magazine 44 (269): 293. doi:10.1080/14786449708621070. 
  6. Neddermeyer, S. H.; Anderson, C. D. (1937). «Note on the Nature of Cosmic-Ray Particles». Physical Review 51 (10): 884-886. Bibcode:1937PhRv...51..884N. doi:10.1103/PhysRev.51.884. 
  7. a b c «The Reines-Cowan Experiments: Detecting the Poltergeist». Los Alamos Science 25: 3. 1997. Consultado el 10 de febrero de 2010. 
  8. Reines, F.; Cowan, C.L., Jr. (1956). «The Neutrino». Nature 178 (4531): 446. Bibcode:1956Natur.178..446R. S2CID 4293703. doi:10.1038/178446a0. 
  9. Danby, G. (1962). «Observation of high-energy neutrino reactions and the existence of two kinds of neutrinos». Physical Review Letters 9 (1): 36. Bibcode:1962PhRvL...9...36D. doi:10.1103/PhysRevLett.9.36. 
  10. Perl, M. L. (1975). «Evidence for Anomalous Lepton Production in e+
    e
    Annihilation». Physical Review Letters 35 (22): 1489. Bibcode:1975PhRvL..35.1489P. doi:10.1103/PhysRevLett.35.1489.
     
  11. «Physicists find first direct evidence for tau neutrino at Fermilab». Fermilab. 20 de julio de 2000. 
  12. DONUT Collaboration (2001). «Observation of tau neutrino interactions». Physics Letters B 504 (3): 218-224. Bibcode:2001PhLB..504..218D. S2CID 119335798. arXiv:hep-ex/0012035. doi:10.1016/S0370-2693(01)00307-0. 
  13. a b c «Laboratory measurements and limits for neutrino properties». 
  14. Rosenfeld, Léon (1948). Nuclear Forces. Interscience Publishers, New York. pp. xvii. 

Enlaces externosEditar

  •   Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre leptón.
  • The Particle Data Group. Compila información de las propiedades de las partículas.
  • Leptons, de la Universidad Estatal de Georgia, es un pequeño resumen de los leptones.