Tauon

τ-Lepton
Klassifikation
Elementarteilchen; Fermion; Lepton
Eigenschaften
elektrische Ladung	−1 e;
Masse	1,907 54(13) u; 3,167 54(21) · 10−27 kg; 3477,23(23) me
Ruheenergie	1776,86(12) MeV;
Compton-Wellenlänge	6,977 71(47) · 10−16 m
Spin	½
mittlere Lebensdauer	290,3(5) · 10−15 s
Wechselwirkungen	schwach; elektromagnetisch; Gravitation

Das Tauon, auch τ-Lepton, Tau-Lepton oder τ-Teilchen, ist das schwerste der drei geladenen Leptonen des Standardmodells der Elementarteilchen. Seine Masse beträgt 1777 MeV/c² und damit etwa das 3500fache der Masse seines leichten Schwesterteilchens, des Elektrons. Seine mittlere Lebensdauer beträgt etwa 0,29 Pikosekunden, es ist damit deutlich instabiler als ein Myon.

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.^[3] Es wurde im Jahre 1975 von Martin L. Perl und seinen Mitarbeitern am SLAC bei Elektron-Positron-Kollisionen im SPEAR-Ring entdeckt.^[4] Insbesondere für diese Entdeckung erhielt Perl im Jahre 1995 den Nobelpreis für Physik.

Zerfall

Das τ-Lepton kann sowohl in die leichteren Leptonen zerfallen^[2]

\begin{matrix} τ^{-} & \to & e^{-} + {\bar{ν}}_{e} + ν_{τ} & (17,82 \pm 0,04) % \\ τ^{-} & \to & μ^{-} + {\bar{ν}}_{μ} + ν_{τ} & (17,39 \pm 0,04) % \end{matrix}

als auch in verschiedene Hadronen, z. B. Pionen oder Kaonen. Hier eine Auswahl der zahlreichen Zerfallskanäle^[2]:

\begin{matrix} τ^{-} & \to & π^{-} + π^{0} + ν_{τ} & (25,49 \pm 0,09) % \\ τ^{-} & \to & π^{-} + ν_{τ} & (10,82 \pm 0,05) % \\ τ^{-} & \to & 2 π^{-} + π^{+} + ν_{τ} & (9,31 \pm 0,05) % \\ τ^{-} & \to & π^{-} + 2 π^{0} + ν_{τ} & (9,26 \pm 0,10) % \\ τ^{-} & \to & 2 π^{-} + π^{+} + π^{0} + ν_{τ} & (4,62 \pm 0,05) % \\ τ^{-} & \to & K^{*} (892)^{-} + ν_{τ} & (1,20 \pm 0,07) % \\ τ^{-} & \to & π^{-} + 3 π^{0} + ν_{τ} & (1,04 \pm 0,07) % \\ τ^{-} & \to & π^{-} + {\bar{K}}^{0} + ν_{τ} & (0,840 \pm 0,014) % \\ τ^{-} & \to & K^{-} + ν_{τ} & (0,696 \pm 0,010) % \end{matrix}

Die Quarkzusammensetzung der am häufigsten beteiligten Mesonen lautet:

\begin{matrix} | π^{-} ⟩ & = & | d \bar{u} ⟩ \\ | π^{0} ⟩ & = & (| u \bar{u} ⟩ - | d \bar{d} ⟩) / \sqrt{2} \\ | K^{-} ⟩ & = & | s \bar{u} ⟩ \\ | {\bar{K}}^{0} ⟩ & = & | s \bar{d} ⟩ \end{matrix}

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 $K^{*} (892)^{-}$ :

\begin{matrix} | {\bar{K}}^{*} (892)^{-} ⟩ & = & | s \bar{u} ⟩ \end{matrix}

Einzelnachweise

↑ Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus der Veröffentlichung der CODATA Task Group on Fundamental Constants: CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 4. Juli 2019 (englisch).
1 2 3 M. Tanabashi et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Physical Review D. Band 98, 030001, 31. Juli 2018, doi:10.1103/PhysRevD.98.030001 (englisch, APS download [PDF; 66,9 MB; abgerufen am 4. Juli 2019]).
↑ Martin L. Perl: Evidence for, and properties of, the new charged heavy lepton. In: Tran Thanh Van (Hrsg.): Proceedings of the XII Rencontre de Moriond. 1977. (SLAC-PUB-1923, PDF).
↑ M. L. Perl et al.: Evidence for Anomalous Lepton Production in e⁺−e⁻ Annihilation. In: Physical Review Letters. 35. Jahrgang, Nr. 22, 1975, S. 1489–1492, doi:10.1103/PhysRevLett.35.1489 (englisch).

[1] Die Angaben über die Teilcheneigenschaften (Infobox) sind, wenn nicht anders angegeben, entnommen aus der Veröffentlichung der CODATA Task Group on Fundamental Constants: CODATA Recommended Values. National Institute of Standards and Technology, abgerufen am 4. Juli 2019 (englisch).

[PDG-2] 1 2 3 M. Tanabashi et al. (Particle Data Group): Review of Particle Physics. In: Physical Review D. Band 98, 030001, 31. Juli 2018, doi:10.1103/PhysRevD.98.030001 (englisch, APS download [PDF; 66,9 MB; abgerufen am 4. Juli 2019]).

[3] Martin L. Perl: Evidence for, and properties of, the new charged heavy lepton. In: Tran Thanh Van (Hrsg.): Proceedings of the XII Rencontre de Moriond. 1977. (SLAC-PUB-1923, PDF).

[Perl1975-4] M. L. Perl et al.: Evidence for Anomalous Lepton Production in e⁺−e⁻ Annihilation. In: Physical Review Letters. 35. Jahrgang, Nr. 22, 1975, S. 1489–1492, doi:10.1103/PhysRevLett.35.1489 (englisch).

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