En física de partículas , un leptón es una partícula elemental de espín medio entero ( espín 1 ⁄ 2 ) que no sufre interacciones fuertes . [1] Existen dos clases principales de leptones: leptones cargados (también conocidos como leptones similares a electrones o muones) y leptones neutros (más conocidos como neutrinos ). Los leptones cargados pueden combinarse con otras partículas para formar varias partículas compuestas , como átomos y positronio., mientras que los neutrinos rara vez interactúan con algo y, en consecuencia, rara vez se observan. El más conocido de todos los leptones es el electrón .
Hay seis tipos de leptones, conocidos como sabores , agrupados en tres generaciones . [2] Los leptones de primera generación , también llamados leptones electrónicos , comprenden el electrón (
mi−
) y el neutrino electrónico (
v
mi); el segundo son los leptones muónicos , que comprenden el muón (
m−
) y el neutrino muón (
v
m); y el tercero son los leptones tauónicos , que comprenden el tau (
τ−
) y el neutrino tau (
v
τ). Los electrones tienen la menor masa de todos los leptones cargados. Los muones y taus más pesados se transformarán rápidamente en electrones y neutrinos a través de un proceso de descomposición de partículas : la transformación de un estado de mayor masa a un estado de menor masa. Por lo tanto, los electrones son estables y el leptón cargado más común en el universo , mientras que los muones y taus solo se pueden producir en colisiones de alta energía (como las que involucran rayos cósmicos y las que se llevan a cabo en los aceleradores de partículas ).
Los leptones tienen varias propiedades intrínsecas , que incluyen carga eléctrica , espín y masa . Sin embargo, a diferencia de los quarks , los leptones no están sujetos a la interacción fuerte , pero sí a las otras tres interacciones fundamentales : la gravitación , la interacción débil y el electromagnetismo , de los cuales el último es proporcional a la carga y, por lo tanto, es cero para el neutrinos eléctricamente neutros.
Para cada sabor de leptón, hay un tipo correspondiente de antipartícula , conocido como antileptón, que se diferencia del leptón solo en que algunas de sus propiedades tienen igual magnitud pero signo opuesto . Según ciertas teorías, los neutrinos pueden ser su propia antipartícula . Actualmente no se sabe si este es el caso.
El primer leptón cargado, el electrón, fue teorizado a mediados del siglo XIX por varios científicos [3] [4] [5] y fue descubierto en 1897 por JJ Thomson . [6] El siguiente leptón que se observó fue el muón , descubierto por Carl D. Anderson en 1936, que en ese momento se clasificó como mesón . [7] Después de la investigación, se dio cuenta de que el muón no tenía las propiedades esperadas de un mesón, sino que se comportaba como un electrón, solo que con mayor masa. Hubo que esperar hasta 1947 para que se propusiera el concepto de "leptones" como familia de partículas. [8] El primer neutrino, el neutrino electrónico, fue propuesto porWolfgang Pauli en 1930 para explicar ciertas características de la desintegración beta . [8] Se observó por primera vez en el experimento de neutrinos Cowan-Reines realizado por Clyde Cowan y Frederick Reines en 1956. [8] [9] El neutrino muón fue descubierto en 1962 por Leon M. Lederman , Melvin Schwartz y Jack Steinberger . [10] y la tau descubierta entre 1974 y 1977 por Martin Lewis Perl y sus colegas del Centro Acelerador Lineal de Stanford y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley .[11] El neutrino tau permaneció escurridizo hasta julio de 2000, cuando lacolaboración DONUT de Fermilab anunció su descubrimiento. [12] [13]
Los leptones son una parte importante del modelo estándar . Los electrones son uno de los componentes de los átomos , junto con los protones y los neutrones . También se pueden sintetizar átomos exóticos con muones y taus en lugar de electrones, así como partículas de leptón-antileptón como el positronio .