Lepton

Từ nguyên

Tên gọi lepton bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp cổ đại λεπτός leptós, nghĩa là "mảnh, nhỏ, mịn" (dạng trung tính: λεπτόν leptón); bản thảo cổ nhất chứa tên này xuất hiện từ ngôn ngữ Hy Lạp Mycenaean 𐀩𐀡𐀵, re-po-to, viết trong bản âm tiết "Linear B". Nhà vật lý Léon Rosenfeld là người đầu tiên sử dụng tên gọi lepton vào năm 1948:
Theo như gợi ý của giáo sư C. Møller, tôi chấp nhận cách gọi — một cách mô phạm cho "nucleon" — đặt tên cho những hạt có khối lượng nhỏ là "lepton" (bắt nguồn từ λεπτός, nghĩa là nhỏ, mảnh).
Tên gọi này hàm ý không đúng rằng mọi lepton có khối lượng nhỏ. Khi Rosenfeld đặt tên cho chúng, mới chỉ có hai lepton được biết đến là electron và muon, mà chúng thực sự có khối lượng nhỏ— khối lượng nghỉ của electron (0.511 MeV/c²) và của muon (với giá trị 105.7 MeV/c²) bằng một phần nhỏ so với hạt proton nặng hơn (938.3 MeV/c²). Tuy nhiên, khối lượng của hạt tau (khám phá vào thập niên 1970) (1777 MeV/c²) gần bằng hai lần của proton, và khoảng 3.500 lần của electron.

Spin và tính chiral

Lepton là những hạt có spin-¹⁄₂. Từ đó định lý thống kê spin nói rằng chúng là các fermion và phải tuân theo nguyên lý loại trừ Pauli; không có hai lepton trong cùng một thế hệ nào có thể ở cùng một trạng thái giống nhau trong cùng một thời gian. Hơn nữa, điều này có nghĩa rằng  một lepton chỉ có thể ở một trong hai trạng thái spin, lên hoặc xuống.
Một tính chất có liên hệ gần gũi với spin đó là tính chiral, mà hóa ra lại có liên hệ gần với một tính chất có thể dễ dàng hình dung gọi là tính xoáy ốc (helicity). Tính xoáy ốc của một hạt là hướng của spin so với động lượng của nó; các hạt với spin có hướng cùng hướng với vectơ động lượng của nó được gọi là hạt định hướng phải (hay xoay phải); right-handed) và trường hợp khác gọi là hạt định hướng trái. Khi một hạt không có khối lượng, hướng của vectơ động lượng so với spin của hạt là không phụ thuộc vào hệ quy chiếu, trong khi đối với các hạt có khối lượng có thể tránh sự phụ thuộc hệ quy chiếu thông qua phép biến đổi Lorentz làm đảo tính định hướng. Tính chiral là một tính chất kỹ thuật (xác định thông qua phép biến đổi đối với nhóm Poincaré) mà khớp với tính định hướng đối với những hạt (xấp xỉ) phi khối lượng và vẫn còn xác định tốt cho hạt mang khối lượng.
Trong nhiều lý thuyết trường lượng tử—như điện động lực học lượng tử và sắc động lực học lượng tử—các fermion định hướng trái và phải là đồng nhất giống nhau. Tuy nhiên trong Mô hình Chuẩn các fermion định hướng trái và phải được coi là bất đối xứng. Chỉ ó nhũng fermion định hướng trái là tham gia vào tương tác yếu, trong khi không có neutrino định hướng phải. Đây là một ví dụ về sự vi phạm tính chẵn lẻ. Trong các giáo trình vật lý hạt, các trường định hướng trái thường được ký hiệu bằng chữ L hoa ở dưới (như e⁻L) các trường định hướng phải thường được ký hiệu bằng chữ R hoa ở dưới.

Khối lượng

Trong Mô hình Chuẩn mỗi lepton bắt đầu với khối lượng nội tại bằng 0. Các lepton mang điện (như  electron, muon, và tau) thu được khối lượng hữu hiệu thông qua tương tác với trường Higgs, nhưng các neutrino vẫn không có khối lượng. Vì lý do kỹ thuật các neutrino không có khối lượng hàm ý rằng không có sự trộng giữa các thế hệ lepton mang điện khác nhau tương tự như đối với quark. Điều này gần khớp với quan sát thực nghiệm hiện tại.
Tuy nhiên từ các thí nghiệm đã biết – chủ yếu từ các quan sát neutrino dao động – cho thấy các neutrino thực tế lại có khối lượng rất nhỏ, có lẽ nhỏ hơn 2 eV/c². Điều này hàm ý sự tồn tại của nền vật lý ngoài phạm vi Mô hình Chuẩn. Sự mở rộng được ủng hộ nhiều nhất hiện nay đó là cơ chế lắc lư (seesaw mechanism), mà có thể giải thích đồng thời tại sao các neutrino định hướng trái có khối lượng rất nhỏ so với các lepton mang điện tương ứng, và tại sao chúng ta vẫn chưa nhìn thấy bất kỳ một neutrino định hướng phải nào.