Lepton

Lepton (tiếng Việt đọc là Lép tôn hay Lép tông) là những hạt cơ bản, có spin bán nguyên (spin ) không tham gia vào tương tác mạnh, nhưng tuân theo nguyên lý loại trừ Pauli. Hạt lepton nổi tiếng nhất đó là electron, nó chi phối gần như mọi phản ứng hóa học cũng như chiếm các vị trí trong obitan nguyên tử và gắn liền trực tiếp tới mọi tính chất hóa học của các nguyên tố. Có hai nhóm lepton: các lepton mang điện (còn gọi là các lepton "kiểu electron"), và các lepton trung hòa (hay được biết đến là các hạt neutrino). Lepton mang điện kết hợp với những hạt khác tạo thành nhiều loại hạt tổ hợp khác nhau như nguyên tử và phản nguyên tử positronium, trong khi các hạt neutrino rất hiếm tham gia tương tác, và do đó chúng rất khó khảo sát.

Có sáu loại lepton, còn gọi là "vị", tạo thành ba "thế hệ". Thế hệ thứ nhất là "lepton electron", bao gồm electron () và neutrino electron (); thế hệ thứ hai là "lepton muon", bao gồm muon () và neutrino muon (); và thế hệ thứ ba là "lepton tau", bao gồm tau () và neutrino tau (). Electron là hạt có khối lượng nhỏ nhất trong ba lepton mang điện. Các hạt muon và tau nặng hơn sẽ nhanh chóng biến đổi thành electron thông qua quá trình phân rã hạt: chúng biến đổi từ trạng thái có khối lượng lớn hơn thành trạng thái có khối lượng thấp hơn. Do vậy electron là bền và là lepton mang điện phổ biến nhất trong Vũ trụ, trong khi muon và tau chỉ có thể hình thành từ các va chạm năng lượng cao (như từ các tia vũ trụ và trong các máy gia tốc hạt).

Lepton có nhiều tính chất cơ bản, bao gồm điện tích, spin, và khối lượng. Tuy nhiên không giống như các quark, lepton không bị ảnh hưởng bởi tương tác mạnh, nhưng chúng tham gia vào cả ba tương tác cơ bản còn lại: tương tác điện từ (ngoại trừ các neutrino do chúng trung hòa điện), tương tác yếu, và tương tác hấp dẫn. Đối với mỗi vị lepton, có tương ứng một phản hạt, hay phản lepton, mà chỉ khác các lepton trong một số tính chất mà có độ lớn bằng nhau nhưng ngược dấu. Tuy thế, theo một số lý thuyết, các neutrino có thể là là phản hạt của chính chúng, nhưng hiện nay các nhà vật lý chưa có thể khẳng định được điều này là đúng hay không.

Một số nhà khoa học đã mô tả bằng lý thuyết hạt lepton mang điện đầu tiên, electron, từ giữa thế kỷ 19 và vào năm 1897 nhà vật lý J. J. Thomson đã phát hiện ra nó trong các tia âm cực. Lepton được quan sát tiếp theo đó là muon, do Carl D. Anderson phát hiện vào năm 1936 từ quan sát tia vũ trụ, mà hồi đó nó được xếp thành meson. Sau khi nghiên cứu, các nhà vật lý nhận thấy muon không có những tính chất như mong đợi có ở meson, nhưng nó lại hành xử giống với electron hơn, tuy chỉ có khối lượng cao hơn. Và cho tới tận năm 1947 khái niệm về họ các hạt "lepton" mới được đề xuất đầu tiên. Neutrino đầu tiên, neutrino electron, do Wolfgang Pauli đề xuất đầu tiên vào năm 1930 nhằm lý giải vấn đề bảo toàn năng lượng trong phân rã beta. Tới năm 1956 hạt này mới được Clyde Cowan và Frederick Reines quan sát trong thí nghiệm neutrino Cowan–Reines. Neutrino muon được phát hiện vào năm bởi Leon M. Lederman, Melvin Schwartz và Jack Steinberger, và hạt tau được phát hiện trong giữa các năm 1974 và 1977 bởi Martin Lewis Perl và cộng sự ở Trung tâm máy gia tốc thẳng Stanford và Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley. Neutrino tau vẫn còn lảng tránh cho tới tận tháng 7 năm 2000, khi đội DONUT từ Fermilab thông báo đã phát hiện thấy nó.
Lepton là những hạt cơ bản quan trọng của Mô hình Chuẩn. Các electron là những hạt cấu thành lên nguyên tử, cùng với proton và neutron. Những nguyên tử ngoại lai với muon và tau thay thế cho electron cũng đã được tổng hợp, và các hạt lepton–phản lepton như positronium đã được tạo ra trong các phòng thí nghiệm.