LEPTONS คืออะไร

Send

ในช่วงศตวรรษที่ 19 และ 20 นักฟิสิกส์เริ่มสำรวจลึกถึงธรรมชาติของสสารและพลังงาน ในการทำเช่นนั้นพวกเขาตระหนักได้อย่างรวดเร็วว่ากฎที่ควบคุมพวกเขากลายเป็นพร่ามัวมากขึ้นหนึ่งลึกไป ในขณะที่ทฤษฎีที่โดดเด่นเคยเป็นที่ทุกเรื่องถูกสร้างขึ้นจากอะตอมที่แยกไม่ออกนักวิทยาศาสตร์เริ่มตระหนักว่าอะตอมนั้นประกอบไปด้วยอนุภาคที่เล็กกว่า

จากการตรวจสอบเหล่านี้ทำให้เกิดแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค ตามแบบจำลองนี้สสารทั้งหมดในจักรวาลประกอบด้วยอนุภาคสองชนิด: ฮาดรอน - ซึ่ง Large Hadron Collider (LHC) ได้รับชื่อ - และ leptons ในกรณีที่ฮาดรอนประกอบไปด้วยอนุภาคพื้นฐานอื่น ๆ (ควาร์ก, แอนตี้ควาร์ก, ฯลฯ ) เลปตันเป็นอนุภาคพื้นฐานที่มีอยู่ด้วยตัวเอง

ความหมาย:

คำ lepton มาจากภาษากรีก Leptosซึ่งหมายถึง "เล็ก", "ดี" หรือ "ผอม" การใช้คำแรกที่บันทึกไว้คือนักฟิสิกส์ Leon Rosenfeld ในหนังสือของเขากองกำลังนิวเคลียร์ (1948) ในหนังสือเล่มนี้เขาอ้างว่าการใช้คำนี้เป็นคำแนะนำที่ทำโดยนักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์กศาสตราจารย์คริสเตียนมอลเลอร์

คำนี้ได้รับเลือกให้อ้างถึงอนุภาคของมวลขนาดเล็กเนื่องจาก leptons ที่รู้จักกันเพียงอย่างเดียวในเวลาของ Rosenfeld คือ muons อนุภาคมูลฐานเหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่าอิเล็กตรอนมากกว่า 200 เท่า แต่มีมวลเพียงหนึ่งในเก้าของโปรตอน เช่นเดียวกับควาร์ก leptons เป็นหน่วยการสร้างพื้นฐานของสสารและถูกมองว่าเป็น "อนุภาคมูลฐาน"

ประเภทของ Leptons:

ตามรูปแบบมาตรฐานมีเลพตันหกประเภทที่แตกต่างกัน สิ่งเหล่านี้รวมถึงอนุภาคอิเล็กตรอน, Muon, และ Tau รวมถึงนิวตริโนที่เกี่ยวข้อง (เช่นนิวตริโนอิเล็กตรอน, นิวตริโน muon และเอกภาพนิวทริโน) Leptons มีประจุเป็นลบและมีมวลชัดเจนในขณะที่นิวตรอนมีประจุเป็นกลาง

อิเล็กตรอนมีน้ำหนักเบาที่สุดโดยมีมวล 0.000511 gigaelectronvolts (GeV) ในขณะที่ Muons มีมวล 0.1066 Gev และอนุภาค Tau (หนักที่สุด) มีมวล 1.777 Gev อนุภาคพื้นฐานที่หลากหลายนั้นมักเรียกกันว่า "รสชาติ" ในขณะที่รสชาติ lepton ทั้งสามนั้นมีความแตกต่างและชัดเจน (ในแง่ของการมีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคอื่น ๆ ) แต่พวกมันไม่เปลี่ยนรูป

นิวตริโนสามารถเปลี่ยนรสชาติของกระบวนการซึ่งเป็นที่รู้จักกันในนาม "ความผันผวนของรสชาตินิวตริโน" สิ่งนี้สามารถใช้หลายรูปแบบซึ่งรวมถึงนิวตริโนแสงอาทิตย์, นิวตริโนในบรรยากาศ, เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือออสซิลเลชันของลำแสง ในทุกกรณีที่สังเกตพบการแกว่งนั้นได้รับการยืนยันจากสิ่งที่ดูเหมือนว่าจะมีการขาดดุลในจำนวนของนิวตริโนที่ถูกสร้างขึ้น

สาเหตุหนึ่งที่สังเกตได้นั้นเกี่ยวข้องกับ“ การสลายตัวของ muon” (ดูด้านล่าง) กระบวนการที่ muons เปลี่ยนรสชาติให้กลายเป็นนิวตริโนอิเล็กตรอนหรือ tau neutrinos ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ นอกจากนี้ leptons ทั้งสามและนิวตริโนของพวกเขามี antiparticle ที่เกี่ยวข้อง (antilepton)

สำหรับแต่ละ antileptons นั้นมีมวลเท่ากัน แต่คุณสมบัติอื่น ๆ ทั้งหมดจะกลับด้าน การจับคู่เหล่านี้ประกอบด้วยอิเล็กตรอน / โพสิตรอน, muon / antimuon, เอกภาพ / antitau, อิเล็กตรอนนิวตริโน / อิเล็กตรอน antineutrino, muon neutrino / muan antinuetrino และ tau neutrino / tau antineutrino

แบบจำลองมาตรฐานปัจจุบันสันนิษฐานว่ามีไม่เกินสามประเภท (aka.“ รุ่น”) ของเลปตันที่มีนิวตริโนที่เกี่ยวข้องในการดำรงอยู่ สอดคล้องกับหลักฐานการทดลองที่พยายามสร้างแบบจำลองกระบวนการสังเคราะห์นิวคลีโอซินหลังบิกแบงซึ่งการมีอยู่ของเลปตันมากกว่าสามครั้งจะส่งผลกระทบต่อความอุดมสมบูรณ์ของฮีเลียมในเอกภพยุคแรก

คุณสมบัติ:

leptons ทั้งหมดมีประจุลบ พวกเขายังมีการหมุนที่แท้จริงในรูปแบบของการหมุนของพวกเขาซึ่งหมายความว่าอิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้า - เช่น "leptons ที่มีประจุ" - จะสร้างสนามแม่เหล็ก พวกเขาสามารถโต้ตอบกับเรื่องอื่น ๆ ได้เพียง แต่แรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่อ่อนแอ ในที่สุดค่าใช้จ่ายของพวกเขากำหนดความแข็งแกร่งของการโต้ตอบเหล่านี้เช่นเดียวกับความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าของพวกเขาและวิธีที่พวกเขาตอบสนองต่อสนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็กภายนอก

อย่างไรก็ตามไม่มีใครสามารถโต้ตอบกับสสารผ่านทางกองกำลังที่แข็งแกร่งได้ ในโมเดลมาตรฐานแต่ละ lepton เริ่มต้นโดยไม่มีมวลที่แท้จริง leptons ที่เรียกเก็บจะได้รับมวลที่มีประสิทธิภาพผ่านการโต้ตอบกับสนามฮิกส์ในขณะที่นิวตริโนยังคงไม่มีมวลหรือมีมวลเพียงน้อยมาก

ประวัติการศึกษา:

lepton แรกที่จะระบุเป็นอิเล็กตรอนซึ่งถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเจเจ ทอมสันและเพื่อนร่วมงานของเขาในปี 2440 โดยใช้ชุดหลอดทดลองแคโทด การค้นพบครั้งต่อไปเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930 ซึ่งจะนำไปสู่การสร้างการจำแนกประเภทใหม่สำหรับอนุภาคที่มีปฏิสัมพันธ์ที่ไม่รุนแรงซึ่งคล้ายกับอิเล็กตรอน

การค้นพบครั้งแรกทำโดยนักฟิสิกส์ชาวออสเตรีย - สวิสโวล์ฟกังพอลลีในปี พ.ศ. 2473 ผู้เสนอการมีอยู่ของอิเล็กตรอนนิวตริโนเพื่อแก้ไขวิธีการสลายตัวของเบต้าที่ขัดแย้งกับกฎหมายอนุรักษ์พลังงานและกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน โมเมนตัมและการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม (.

โพสิตรอนและมิวออนถูกค้นพบโดยคาร์ลดีแอนเดอร์สในปี 1932 และ 1936 ตามลำดับ เนื่องจากมวลของมิวออนตอนแรกมันก็เข้าใจผิดว่าเป็นเมซอน แต่เนื่องจากพฤติกรรมของมัน (ซึ่งคล้ายกับอิเล็กตรอน) และความจริงที่ว่ามันไม่ได้รับการตอบโต้ที่รุนแรง muon จึงถูกจัดประเภทใหม่ พร้อมกับอิเล็กตรอนและนิวตริโนอิเล็กตรอนมันกลายเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มอนุภาคใหม่ที่รู้จักกันในชื่อ "เลปตัน"

ในปี 1962 ทีมนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน - ประกอบด้วย Leon M. Lederman, Melvin Schwartz และ Jack Steinberger - สามารถตรวจจับการมีปฏิสัมพันธ์ของ muon neutrino ได้จึงแสดงว่ามีนิวตริโนมากกว่าหนึ่งชนิด ในเวลาเดียวกันนักฟิสิกส์ทฤษฎีได้กล่าวถึงการมีอยู่ของนิวตริโนรสอื่น ๆ ซึ่งจะได้รับการยืนยันการทดลองในที่สุด

อนุภาคเอกภาพตามมาในปี 1970 ต้องขอบคุณการทดลองที่ดำเนินการโดยนักฟิสิกส์ที่ชนะรางวัลโนเบลมาร์ตินเลวิสเพิร์ลและเพื่อนร่วมงานของเขาที่ห้องปฏิบัติการเร่งความเร็วแห่งชาติ SLAC หลักฐานของนิวตริโนที่เกี่ยวข้องตามมาด้วยการศึกษาของการสลายตัวของเอกภาพซึ่งแสดงพลังงานที่ขาดหายไปและโมเมนตัมที่คล้ายคลึงกับพลังงานและโมเมนตัมที่หายไปซึ่งเกิดจากการสลายตัวของอิเล็กตรอนเบต้า

ในปี 2000 นิวตริโนเอกภาพนั้นถูกสังเกตโดยตรงเนื่องจากการสังเกตการณ์โดยตรงของการทดลอง NU Tau (DONUT) ที่ Fermilab นี่จะเป็นอนุภาคสุดท้ายของแบบจำลองมาตรฐานที่จะสังเกตได้จนถึงปี 2012 เมื่อเซิร์นประกาศว่าได้ตรวจพบอนุภาคที่น่าจะเป็น Higgs Boson ที่หามานาน

วันนี้มีนักฟิสิกส์อนุภาคบางคนที่เชื่อว่ายังมีเลปตันรออยู่ อนุภาค "รุ่นที่สี่" เหล่านี้หากเป็นของจริงจะมีอยู่นอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคและมีแนวโน้มที่จะโต้ตอบกับสสารในรูปแบบที่แปลกใหม่กว่า

เราได้เขียนบทความที่น่าสนใจมากมายเกี่ยวกับ Leptons และอนุภาคย่อยที่นี่ที่ Space Magazine นี่คืออะไร Subatomic Particles?, Baryons คืออะไร, การชนครั้งแรกของ LHC, พบสองอนุภาค Subatomic ใหม่และนักฟิสิกส์บางทีอาจจะเป็นเพียงแค่ยืนยันการค้นพบที่เป็นไปได้ของพลังแห่งธรรมชาติครั้งที่ 5

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมศูนย์ผู้เยี่ยมชมเสมือนจริงของ SLAC มีการแนะนำ Leptons อย่างดีและให้แน่ใจว่าได้ตรวจสอบ Particle Data Group (PDG) Review of Particle Physics

นักดาราศาสตร์ยังมีตอนต่างๆในหัวข้อด้วย นี่คือตอนที่ 106: การค้นหาทฤษฎีของทุกสิ่งและตอนที่ 393: รุ่นมาตรฐาน - Leptons & Quarks

แหล่งที่มา: