El tau ( τ ), también llamado leptón tau , partícula tau , tauón o electrón tau , es una partícula elemental similar al electrón, con carga eléctrica negativa y un espín de1/2. Como el electrón , el muón y los tres neutrinos , la tau es un leptón , y como todas las partículas elementales con espín semientero, la tau tiene una antipartícula correspondiente de carga opuesta pero igual masa y espín. En el caso de la tau, esta es la "antitau" (también llamada tau positiva ). Las partículas tau se indican con el símbolo
τ−
y el antitaus por
τ+
.
Los leptones Tau tienen una vida útil de2,9 × 10 −13 s y una masa de1.776,86 MeV/ c 2 ( en comparación con105,66 MeV/ c 2 para muones y0,511 MeV/ c 2 para electrones). Dado que sus interacciones son muy similares a las del electrón, se puede considerar que un tau es una versión mucho más pesada del electrón. Debido a su mayor masa, las partículas tau no emiten tanta bremsstrahlung (radiación de frenado) como los electrones; en consecuencia, son potencialmente mucho más penetrantes que los electrones.
Debido a su corta vida útil, el alcance del tau está determinado principalmente por su duración de caída, que es demasiado pequeña para que se note la bremsstrahlung. Su poder de penetración aparece sólo a velocidad y energía ultraaltas (por encima de las energías de petaelectronvoltios ), cuando la dilatación del tiempo extiende su trayectoria, que de otro modo sería muy corta. [4]
Como ocurre con los demás leptones cargados, el tau tiene un neutrino tau asociado , denotado por
v
τ.
La búsqueda de tau comenzó en 1960 en el CERN por el grupo Bolonia-CERN-Frascati (BCF) liderado por Antonino Zichichi . A Zichichi se le ocurrió la idea de un nuevo leptón pesado secuencial, ahora llamado tau, e inventó un método de búsqueda. Realizó el experimento en las instalaciones de ADONE en 1969 una vez que su acelerador entró en funcionamiento; sin embargo, el acelerador que utilizó no tenía suficiente energía para buscar la partícula tau. [5] [6] [7]
La tau fue anticipada de forma independiente en un artículo de 1971 de Yung-su Tsai . [8] Proporcionando la teoría para este descubrimiento, la tau fue detectada en una serie de experimentos entre 1974 y 1977 por Martin Lewis Perl con sus colegas y los de Tsai en el grupo del Centro del Acelerador Lineal de Stanford (SLAC) y del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBL). . [1] Su equipo consistía en el entonces nuevo anillo de colisión electrón-positrón de SLAC , llamado SPEAR , y el detector magnético LBL. Podían detectar y distinguir entre leptones, hadrones y fotones . No detectaron la tau directamente, sino que descubrieron eventos anómalos:
"Hemos descubierto 64 eventos de la forma
mi+
+
mi−
→
mi±
+
µ∓
+ al menos dos partículas no detectadaspara lo cual no tenemos una explicación convencional".
La necesidad de al menos dos partículas no detectadas quedó demostrada por la incapacidad de conservar energía y impulso con una sola. Sin embargo, no se detectaron otros muones, electrones, fotones o hadrones. Se propuso que este evento fuera la producción y posterior desintegración de un nuevo par de partículas:
Esto fue difícil de verificar, porque la energía para producir el
τ+
τ−
El par es similar al umbral para la producción del mesón D. La masa y el giro de la tau se establecieron posteriormente mediante el trabajo realizado en DESY -Hamburgo con el espectrómetro de doble brazo (DASP) y en SLAC-Stanford con el contador directo de electrones SPEAR (DELCO).
El símbolo τ se derivó del griego τρίτον ( tritón , que significa "tercero" en inglés), ya que fue el tercer leptón cargado descubierto. [9]
Martin Lewis Perl compartió el Premio Nobel de Física de 1995 con Frederick Reines . Este último recibió su parte del premio por el descubrimiento experimental del neutrino .
El tau es el único leptón que puede descomponerse en hadrones ; las masas de los demás leptones son demasiado pequeñas. Al igual que los modos de desintegración leptónica de la tau, la desintegración hadrónica se produce a través de la interacción débil . [10] [b]
Las fracciones ramificadas de las desintegraciones hadrónicas tau dominantes son: [3]
En total, el leptón tau decaerá hadrónicamente aproximadamente el 64,79% del tiempo.
Las fracciones ramificadas de las desintegraciones de tau puramente leptónicas comunes son: [3]
La similitud de los valores de las dos fracciones ramificadas es una consecuencia de la universalidad de los leptones .
Se predice que el leptón tau formará átomos exóticos como otras partículas subatómicas cargadas. Uno de ellos consta de un antitau y un electrón:
τ+
mi−
, llamado tauonio .
Otro es un átomo de onio.
τ+
τ−
llamado ditauonio o tauonio verdadero , que es un desafío de detectar debido a la dificultad de formarlo a partir de dos leptones tau (de signos opuestos) de vida corta. [11]
Su detección experimental sería una prueba interesante de la electrodinámica cuántica . [12]
