τ-Lepton

τ-Lepton
Klassifikation
Elementarteilchen Fermion Lepton
Eigenschaften
Ladung	−1 e (−1,602 · 10−19 C)
Masse	1,907 49(17) u 3,167 47(29) · 10−27 kg 3477,15(31) · me 1776,82(16) MeV/c2
Compton-Wellenlänge	0,697 787(63) · 10−15 m
Spin	1/2
mittlere Lebensdauer	2,906(10) · 10−13 s

Das τ-Lepton (lies: „Tau-Lepton“), Tauon oder τ-Teilchen ist das schwerste der drei geladenen Leptonen des Standardmodells der Elementarteilchen. Seine Masse beträgt 1777 MeV/c² und damit etwa das 3500-fache seines leichten Schwesterteilchens, des Elektrons. Seine Lebenszeit beträgt 2,906 ± 0,010 · 10⁻¹³ s.

Name und Entdeckung

Der Name Tauon, bzw. der Buchstabe τ, wurde nach dem griechischen Wort für Drittes (τρίτον, tríton) gewählt, weil das τ-Lepton das dritte geladene elektronenartige Teilchen ist. Es wurde im Jahre 1975 von Martin L. Perl und seinen Mitarbeitern am SLAC bei einer Elektron-Positron-Kollision im SPEAR-Ring entdeckt. Insbesondere für diese Entdeckung erhielt Perl im Jahre 1995 den Nobelpreis für Physik.

Zerfall

Feynman-Diagramm der häufigsten Zerfallskanäle, wobei ${\pi }^{-}\equiv (d,\overline{u})$ gilt

Das τ-Lepton kann sowohl in die leichteren Leptonen zerfallen

${\tau }^{-}\to e^{-}+{\overline{\nu }}_e+{\nu }_{\tau }(17,83\pm 0,04)\mathrm{\%}$

${\tau }^{-}\to {\mu }^{-}+{\overline{\nu }}_{\mu }+{\nu }_{\tau }(17,41\pm 0,04)\mathrm{\%}$

als auch in verschiedene Hadronen, z.B. Pionen oder Kaonen. Hier eine Auswahl der zahlreichen Zerfallskanäle:

${\tau }^{-}\to {\pi }^{-}+{\pi }^0+{\nu }_{\tau }(25,52\pm 0,09)\mathrm{\%}$

${\tau }^{-}\to {\pi }^{-}+{\nu }_{\tau }(10,83\pm 0,06)\mathrm{\%}$

${\tau }^{-}\to 2{\pi }^{-}+{\pi }^{+}+{\nu }_{\tau }(9,31\pm 0,06)\mathrm{\%}$

${\tau }^{-}\to {\pi }^{-}+2{\pi }^0+{\nu }_{\tau }(9,30\pm 0,11)\mathrm{\%}$

${\tau }^{-}\to 2{\pi }^{-}+{\pi }^{+}+{\pi }^0+{\nu }_{\tau }(4,62\pm 0,06)\mathrm{\%}$

${\tau }^{-}\to K^{*}(892{)}^{-}+{\nu }_{\tau }(1,20\pm 0,07)\mathrm{\%}$

${\tau }^{-}\to {\pi }^{-}+3{\pi }^0+{\nu }_{\tau }(1,05\pm 0,07)\mathrm{\%}$

${\tau }^{-}\to {\pi }^{-}+{\overline{K}}^0+{\nu }_{\tau }(0,84\pm 0,04)\mathrm{\%}$

${\tau }^{-}\to K^{-}+{\nu }_{\tau }(0,70\pm 0,01)\mathrm{\%}$

Die Quarkzusammensetzung der am häufigsten beteiligten Mesonen lautet:

$|{\pi }^{-}⟩=|d\overline{u}⟩,|{\pi }^0⟩=\frac{1}{\sqrt{2}}(|u\overline{u}⟩-|d\overline{d}⟩)$

$|K^{-}⟩=|s\overline{u}⟩,|{\overline{K}}^0⟩=|s\overline{d}⟩$

Diese Mesonen sind pseudoskalare Mesonen mit Gesamtspin 0 und ungerader Parität $J^P=0^{-}$. Es können auch Vektormesonen mit Gesamtspin 1 und ungerader Parität $J^P=1^{-}$ entstehen, so z.B. das $K^{*}(892{)}^{-}$:

$|{\overline{K}}^{*}(892{)}^{-}⟩=|s\overline{u}⟩$