لپتون

لِپتون ( به انگلیسی: Lepton ) خانواده ای از ذرات بنیادی با اسپین نیمه صحیح ( اسپین 1⁄2 ) هستند که برهم کنش هسته ای قوی ندارند اما از اصل طرد پاولی پیروی می کنند. [ ۱] مشهورترین لپتون، الکترون است که مستقیماً با تمام ویژگی های شیمیایی مرتبط است. دو ردهٔ اصلی لپتون ها شامل بر: لپتون های دارای بار الکتریکی ( که به آنها لپتون های الکترون مانند هم می گویند ) و لپتون های خنثی ( که به نام نوترینو شناخته می شوند ) . لپتون های باردار می توانند با ذرات دیگر ترکیب شده و ذرات مرکب مختلفی مانند اتم یا پوزیترونیوم تشکیل دهند، اما نوترینوها به ندرت با چیزی برهم کنش دارند و از این رو به ندرت مشاهده می شوند.
شش گونه لپتون وجود دارد که به هر یک از آنها یک مزه گفته می شود و در سه نسل مختلف طبقه بندی می شوند. [ ۲] نسل نخست لپتون های الکترونی هستند که شامل الکترون ( e− ) و الکترون نوترینو ( ν e ) می شوند. نسل دوم لپتون های میونی هستند که شامل میون ( μ − ) و میون نوترینو ( ν μ ) می شوند؛ و نسل سوم لپتون های تائونی هستند که شامل تاو ( τ − ) و تاو نوترینو ( ν τ ) می شوند. الکترون ها کمترین جرم را در بین لپتون های باردار دارند. میون ها و تاوهای سنگین تر به سرعت در یک فرایند واپاشی ذره به الکترون تبدیل می شوند: تبدیل از حالتی با جرم بیشتر به حالتی با جرم کمتر. الکترون ها پایدار هستند و فراوان ترین لپتون باردار در جهان هستند، در حالیکه میون و تاو تنها در برخوردهای پرانرژی به وجود می آیند ( مانند برخوردهای مربوط به پرتو کیهانی و همچنین شتاب دهنده های ذرات ) .
لپتون ها ویژگی های ذاتی مختلفی مانند بار الکتریکی، اسپین و جرم دارند. هر چند که برخلاف کوارک ها، لپتون ها در معرض برهم کنش هسته ای قوی نیستند. اما با سه نیروی بنیادی دیگر برهم کنش دارند: گرانش، الکترومغناطیس ( به جز نوترینوها که بار الکتریکی ندارند ) و برهم کنش هسته ای ضعیف. به ازای هر مزه لپتون یک پادذره متناظر وجود دارد، که با نام پادلپتون شناخته می شود و تنها تفاوت آن با لپتون متناظرش در علامت برخی از ویژگی های آن است. البته با وجود اینکه بر مبنای برخی نظریه ها نوترینوها هم ممکن است پادذرهٔ متناظری داشته باشند، اما در حال حاضر نمی دانیم که این موضوع صحت دارد یا خیر.
نظریه پردازی در مورد نخستین لپتون باردار، یعنی الکترون، در اواسط قرن نوزدهم توسط دانشمندان متعددی آغاز شد[ ۳] [ ۴] [ ۵] و در سال ۱۸۹۷ توسط تامسون کشف شد. [ ۶] لپتون بعدی که مشاهده شد، میون بود که توسط کارل دیوید اندرسون در سال ۱۹۳۶ کشف شد و در آن زمان به عنوان یک مزون طبقه بندی شده بود. [ ۷] پس از کمی بررسی مشخص شد که میون، ویژگی های مورد انتظار از یک مزون را ندارد بلکه بیشتر به الکترون شبیه است و تنها جرم بیشتری دارد. تا سال ۱۹۴۷ طول کشید تا مفهوم لپتون به عنوان خانواده ای از ذرات بنیادی پیشنهاد گردد. [ ۸] نخستین نوترینو، یعنی الکترون نوترینو توسط ولفگانگ پاولی در سال ۱۹۳۰ پیشنهاد شد تا بتوان برخی از ویژگی های واپاشی بتا را توضیح داد. [ ۸] مشاهده آن نخستین بار در آزمایش کووان - راینز توسط کلاید کون و فردریک رینز در سال ۱۹۵۶ انجام شد. [ ۸] [ ۹] میون نوترینو در سال ۱۹۶۲ توسط لئون لدرمن، ملوین شوارتز و جک اشتینبرگر کشف شد، [ ۱۰] و تاو بین سال های ۱۹۷۴ تا ۱۹۷۷ توسط مارتین لوییس پرل و همکارانش از مرکز شتاب دهنده خطی ذرات استانفورد و آزمایشکاه ملی لورنس برکلی، کشف شد. [ ۱۱] تاو نوترینو تا ماه ژوئیه سال ۲۰۰۰ مشاهده نشده بود و در آن زمان توسط آزمایش دونات در آزمایشگاه فرمی کشف شد. [ ۱۲] [ ۱۳]