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
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 1,777 GeV/c² und damit etwa das 3500-fache seines leichten Schwesterteilchens, des Elektrons. Seine Lebenszeit beträgt 2,906±0,010 · 10⁻¹³ s.

Der Name Tauon, bzw. der Buchstabe τ, wurde nach dem griechischen Wort für Drittes (τρίτην, 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.

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

Das τ-Lepton kann sowohl in die leichteren Leptonen zerfallen

$\tau^-\to e^- + \bar\nu_e + \nu_\tau \quad (17.83 \pm 0.04 )\%$

$\tau^-\to \mu^- + \bar\nu_\mu + \nu_\tau \quad (17.41 \pm 0.04 )\%$

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

$\tau^-\to \pi^- + \pi^0 + \nu_\tau \quad (25.52 \pm 0.09)\%$

$\tau^-\to \pi^- + \nu_\tau \quad (10.83 \pm 0.06 )\%$

$\tau^-\to 2\pi^- + \pi^+ + \nu_\tau \quad (9.31 \pm 0.06)\%$

$\tau^-\to \pi^- + 2\pi^0 + \nu_\tau \quad (9.30 \pm 0.11)\%$

$\tau^-\to 2\pi^- + \pi^+ + \pi^0 + \nu_\tau \quad (4.62 \pm 0.06)\%$

$\tau^-\to K^*(892)^- + \nu_\tau \quad (1.20 \pm 0.07)\%$

$\tau^-\to \pi^- + 3\pi^0 + \nu_\tau \quad (1.05 \pm 0.07)\%$

$\tau^-\to \pi^- + \bar K^0 + \nu_\tau \quad (0.84 \pm 0.04)\%$

$\tau^-\to K^- + \nu_\tau \quad (0.70 \pm 0.01 )\%$

Die Quarkzusammensetzung der am häufigsten beteiligten Mesonen lautet:

$| \pi^- \rangle = | d \bar u \rangle \ , \quad | \pi^0 \rangle = \frac{1}{\sqrt{2}} \left(| u \bar u \rangle - | d \bar d \rangle \right)$

$| K^- \rangle = | s \bar u \rangle \ , \quad | \bar K^0 \rangle = | s \bar d \rangle$

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 $K^*(892)^-$:

$| \bar K^*(892)^- \rangle = | s \bar u \rangle$