Перегляд вихідного коду сторінки Тау-лептон

{{Картка частинка
| колір_тла =
| назва = тау-лептон 
| зображення = 
| підпис = 
| число_типів = 
| склад = [[фундаментальна частинка]]
| родина =  [[ферміон]]
| група = [[лептон]]
| покоління = третє
| взаємодії = [[електромагнітна взаємодія|електромагнітна]], [[гравітація|гравітаційна]], [[слабка взаємодія|слабка]]
| частинка = тау-лептон
| античастинка = антитау-лептон
| статус = 
| передбачена = 
| відкрита = [[1975]]
| символ = τ<sup>-</sup>
| маса = 1777 М[[еВ]] <ref name="PDG">{{cite journal
 |author       = J. Beringer ''et al''. ([[Particle Data Group]])
 |year         = 2012
 |title        = Review of Particle Physics
 |chapter      = Leptons
 |pages        = 581–651
 |journal      = [[Physical Review D]]
 |volume       = 86
 |issue        = 1
 |doi          = 10.1103/PhysRevD.86.010001
 |bibcode      = 2012PhRvD..86a0001B
 |url          = http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevD.86.010001
 |accessdate   = 7 січня 2018
 |archive-date = 10 травня 2020
 |archive-url  = https://web.archive.org/web/20200510052040/https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.86.010001
}}</ref>
| mean_lifetime = {{val|2.906|(10)|e=-13|u=s}}<ref name="PDG"/>
| час_життя = 2.9 ·10<sup>−13</sup> [[секунда|с]]
| розпадається_на =
| заряд = -1
| кольоровий_заряд =
| спін = 1/2
| число_спінових_станів = 2
}}
{{Otheruses|Тау}}
'''Тау-лепто́н'''&nbsp;— (від грецької букви τ, що використовується для позначення)&nbsp;— в [[Стандартна модель|стандартній моделі]] [[фізика елементарних частинок|фізики елементарних частинок]]&nbsp;— нестійка [[елементарна частинка]] з негативним [[електричний заряд|електричним зарядом]] і [[спін]]ом 1/2. Разом з [[електрон]]ом, [[мюон]]ом і [[нейтрино]] класифікується як частина [[лептон]]ного сімейства [[ферміон]]ів. Як і всі фундаментальні частинки, тау-лептон має [[античастинка|античастинку]] із зарядом протилежного знаку, але з рівною [[маса|масою]] і спіном: '''антитау-лептон'''.

τ-Лептон був відкритий в 1975&nbsp;р. на [[електрон]]-[[позитрон]]ному [[колайдер]]і у лабораторії SLAC ([[Стенфорд (Каліфорнія)|Стенфорд]], [[США]]).
τ-Лептони утворювалися в результаті реакції:
: <math> e^- + e^+ \rightarrow \tau^- + \tau^+ </math>.

Маса τ-лептона 1777 М[[еВ]]. [[Час життя]] 2.9 ·10<sup>−13</sup> с. Тау-лептон є найважчим та найбільш короткоживучим лептоном.  

== Розпади ==
[[Файл:Feynman diagram of decay of tau lepton.svg|thumb|right|260px|[[Діаграма Фейнмана]]&nbsp;— спільна для розпаду тау-лептона на інші лептони та на кварки першого покоління, що проходить через емісію [[W-бозон]]а.]]
τ-лептон є єдиним лептоном, який може розпадатися на [[адрон]]и, в той час як інші занадто легкі для цього. Як і інші канали розпаду, адронний розпад проходить завдяки [[слабка взаємодія|слабкій взаємодії]].<ref name="NCP">{{Cite journal 
  | last =Riazuddin 
  | authorlink =Riazuddin (physicist) 
  | title =Non-standard interactions 
  | journal =NCP 5th Particle Physics Sypnoisis 
  | volume =1 
  | issue =1 
  | pages =1–25 
  | publisher =Riazuddin, Head of High-Energy Theory Group at National Center for Physics 
  | location =Islamabad, 
  | year =2009 
  | url =http://www.ncp.edu.pk/docs/snwm/Riazuddin_Non_Standartd_Interaction.pdf 
  | doi = 
  | id = 
  | accessdate = 
  | archive-date =3 березня 2016 
  | archive-url =https://web.archive.org/web/20160303233425/http://www.ncp.edu.pk/docs/snwm/Riazuddin_Non_Standartd_Interaction.pdf 
  }} {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20160303233425/http://www.ncp.edu.pk/docs/snwm/Riazuddin_Non_Standartd_Interaction.pdf |date=2016-03-03 }}</ref>

Тау-лептон, завдяки своїй великій масі може розпадатися дуже різноманітно<ref>[http://pdg.lbl.gov/2010/reviews/rpp2010-rev-tau-branching-fractions.pdf τ BRANCHING FRACTIONS] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170216091835/http://pdg.lbl.gov/2010/reviews/rpp2010-rev-tau-branching-fractions.pdf |date=16 лютого 2017 }}{{ref-en}}</ref>:

{| class="wikitable"
|-
! Тип !! Канал розпаду !! Ймовірність
|-
| Лептонний || <math>e^- \overline{\nu}_e\nu_\tau</math> ||  17,85&nbsp;%
|-
| Лептонний || <math>\mu^-\overline{\nu}_\mu\nu_\tau</math> ||  17,36&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\pi^-\nu_\tau</math> ||  10,91&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\pi^- \pi^0\nu_\tau</math> ||  25,51&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\pi^- 2\pi^0\nu_\tau</math> ||  9,29&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\pi^- 3\pi^0\nu_\tau</math> ||  1,04&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>h^- 4\pi^0\nu_\tau</math><ref>під h мається на увазі [[піони|піон]] або [[Каони|каон]]</ref> ||  0,11&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>K^-\nu_\tau</math> ||  0,696&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>K^-\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,429&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>K^-2\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,065&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>K^-3\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,049&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\pi^-\overline{K^0}\nu_\tau</math> ||  0,84&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\pi^-\overline{K^0}\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,4&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\pi^-\overline{K^0}K^0_S\nu_\tau</math> ||  0,024&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\pi^-\overline{K^0}K^0_L\nu_\tau</math> ||  0,12&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>K^-K^0\nu_\tau</math> ||  0,159&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>K^-K^0\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,159&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\pi^-\pi^+\pi^-\nu_\tau</math> ||  9&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\pi^-\pi^+\pi^-\pi^0\nu_\tau</math> ||  2,7&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>K^-\pi^+\pi^-\nu_\tau</math> ||  0,287&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>K^-\pi^+\pi^-\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,077&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>K^+K^-\pi^-\nu_\tau</math> ||  0,14&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>K^+K^-\pi^-\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,0061&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>h^-h^-h^+2\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,1&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>h^-h^-h^+3\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,023&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>3h^-2h^+\nu_\tau</math> ||  0,0839&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>3h^-2h^+\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,0178&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>h^-\omega\nu_\tau</math> ||  1,99&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>h^-\omega\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,41&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\eta\pi^-\pi^0\nu_\tau</math> ||  0,139&nbsp;%
|-
| Адронний || <math>\eta K^-\nu_\tau</math> ||  0,0161&nbsp;%
|}
Існують і інші канали розпаду, сумарна доля яких складає менше 0,1 відсотка. У них можуть породжуватись більш важкі частинки, такі як [[Резонанс (фізика елементарних частинок)|f1(1285)]] і [[фі-мезон]].

В підсумку, тау-лептон розпадається на адрони приблизно в 64.79&nbsp;% випадків. Оскільки при реакції слабкої взаємодії повинно зберігатися тау-[[лептонне число]], серед продуктів адронного розпаду завжди присутнє [[тау-нейтрино]].<ref name="NCP"/>

Мюонний канал розпаду має трішки меншу ймовірність через те, що маса [[мюон]]а приблизно в 200 раз більша ніж [[електрон]]а. Якщо б цієї в різниці в масах не було, ймовірності були б рівними, адже лептони цілком рівнозначні у взаємодії з [[Калібрувальний бозон|калібрувальними бозонами]], через які йде розпад.

== Історія відкриття ==
Після відкриття [[мюон]]а в 1936 році, фізики багато досліджували його природу. Існували припущення, що мюон є, в деякому сенсі, проміжною частинкою між електроном і протоном, а тому взаємодія його з нуклонами має відбуватись інакше. Проте до кінця 60-х стало зрозуміло, що, окрім маси, електрон і мюон практично однакові, тому почала набувати популярності інша гіпотеза, згідно з якою мюон та електрон належать до одної сім'ї частинок, і можуть існувати і інші, ще більш важкі заряджені [[лептон]]и, кожному з яких відповідає власний тип [[нейтрино]]. Ці лептони отримали робочі назви μ', μ" і&nbsp;т.&nbsp;ін.<ref name="slac">[http://www.slac.stanford.edu/cgi-wrap/getdoc/slac-pub-5937.pdf Certainty and Uncertainty in the Practice of Science: Electrons, Muons, and Taus]{{ref-en}}</ref>

З 1973, коли у Стенфорді був побудований електронно-позитронний колайдер SPEAR, [[Мартін Перл]] намагався знайти на ньому важкі лептони, і у 1975 році це йому вдалося. Частинка отримала назву τ від грецького ''τριτον''&nbsp;— третій.<ref name="slac"/> Також, у деяких роботах її називали '''U''', від ''unknown''.

Масу тау точніше виміряв Бранделік у 1978 році в експериментах на німецькому прискорювачі DORIS.<ref name="slac"/>

Час життя лептона був виміряний у 1982 році кількома незалежними групами.<ref name="slac"/>

За відкриття тау-лептона [[Мартін Перл]] отримав [[Нобелівська премія з фізики|Нобелівську премію]] за [[1995]] рік.

Припущення про існування ще більш важких лептонів (четвертого покоління) наразі лишається відкритим.<ref>[https://arxiv.org/pdf/1107.1490.pdf Higgs Properties and Fourth Generation Leptons] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20181002215009/https://arxiv.org/pdf/1107.1490.pdf |date=2 жовтня 2018 }}{{ref-en}}</ref>

== Екзотичні атоми ==
Подібно до мюона, що може утворювати [[мюоній]] (атом, в якому мюон замінює електрон) та [[димюоній]] (мюон та антимюон, що обертаються один навколо одного), тау міг би формувати зв'язаний стан з протоном, анти-тау, анти-мюоном або позитроном. Завдяки великій масі, орбіта тау-частинки у такій системі пролягала б надзвичайно близько до другого компонента (і навіть всередині нього для важких ядер), що дозволило б дослідити надзвичайно тонкі ефекти квантової теорії.<ref>[https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/zna.1997.52.issue-1-2/zna-1997-1-241/zna-1997-1-241.pdf Production of Tauonic Uranium in e<sup>+</sup>-e<sup>-</sup> Machines] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20181003220826/https://www.degruyter.com/downloadpdf/j/zna.1997.52.issue-1-2/zna-1997-1-241/zna-1997-1-241.pdf |date=3 жовтня 2018 }}{{ref-en}}</ref><ref>[https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0602093.pdf Using Muonic Hydrogen in Optical Spectroscopy Experiment to Detect Extra Dimensions] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20181003220948/https://arxiv.org/pdf/gr-qc/0602093.pdf |date=3 жовтня 2018 }}{{ref-en}}</ref> Проте наразі такі системи не було зафіксовано, як через важкість отримання тау-частинок, так і через дуже малий час їх життя.

== Цікаві факти ==
* Завдяки існуванню [[Аномалія (фізика)|аномалії]] в [[квантова теорія поля|квантовій теорії поля]] відкриття третього покоління лептонів&nbsp;– тау-лептонів – означало, що обов'язково існує і третє покоління кварків (хоча їхнє передбачення було зроблено ще до відкриття тау і незалежно від нього, в 1973 році). І справді, існування третього покоління кварків було експериментально підтверджене в 1977 ([[b-кварк]]) та 1995 ([[t-кварк]]). 
*Після відкриття тау-лептона вважалося очевидним існування [[тау-нейтрино]] в продуктах його розпаду, однак це було складно перевірити. Нейтрино дуже слабко взаємодіють з речовиною. Щоб визначити існування саме тау-нейтрино, необхідно спостерігати процес утворення тау-лептона у таких рідкісних взаємодіях, що є складною експериментальною задачею через короткоживучість тау-лептона. Лише 2000 року було експериментально доведено існування тау-нейтрино, що є останнім (із наразі відомих) ферміоном Стандартної моделі. 
*На [[Великий адронний колайдер|адронних колайдерах]] основним джерелом тау-лептонів є розпади зачарованих та красивих адронів, а також W і Z бозонів<ref>[https://www.osti.gov/servlets/purl/10136577 Tau physics at proton-antiproton colliders]</ref><ref>[https://scipost.org/SciPostPhysProc.1.041/pdf Tau-lepton physics at the FCC-ee circular e+e−collider] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20210509170742/https://scipost.org/SciPostPhysProc.1.041/pdf |date=9 травня 2021 }}{{ref-en}}</ref>. 
*Ведеться пошук розпадів тау-лептона, в яких не уторюється нейтрино<ref>{{Cite news|title=Search for lepton-flavor-violating τ decays into three leptons with 719 million produced τ+τ− pairs|last3=Miyazaki|first9=K.|last8=Bay|first8=A.|last7=Bakich|first7=A.M.|last6=Aushev|first6=T.|last5=Aulchenko|first5=V.|last4=Arinstein|first4=K.|first3=Y.|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0370269310003576|last2=Inami|first2=K.|last=Hayasaka|first=K.|language=en|issue=2-3|volume=687|pages=139–143|doi=10.1016/j.physletb.2010.03.037|accessdate=2021-01-24|date=2010-04|work=Physics Letters B|last9=Belous|archive-date=22 липня 2020|archive-url=https://web.archive.org/web/20200722191735/https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0370269310003576}}</ref>. Такі процеси заборонені у Стандартній моделі, оскільки вони порушують закон збереження тау-лептонного числа, але можуть бути дозволеними в гіпотетичних розширеннях Стандартної моделі. Жодних порушень Стандартної моделі виявлено не було.

== Примітки ==
{{reflist}}

{{Частинки}}

[[Категорія:Лептони]]