Լեպտոն

Լեպտոն, ½ սպինով տարրական մասնիկ։ Չի մասնակցում ուժեղ փոխազդեցություններին, սակայն ենթարկվում է Պաուլիի արգելման սկզբունքին։ Ամենահայտնի լեպտոնը էլեկտրոնն է, որով պայմանավորված են գրեթե բոլոր քիմիական հատկությունները։ Լեպտոնների երկու հիմնական դասերն են լիցքավորված լեպտոնները (հայտնի են նաև էլեկտրոնանման լեպտոններ անունով) և չեզոք լեպտոնները (նեյտրինոները)։ Լիցքավորված լեպտոնները կարող են միանալ այլ բաղադրյալ մասնիկների հետ, ինչպես օրինակ ատոմի կամ պոզիտրոնիումի, մինչդեռ նեյտրինոները հազվադեպ են փոխազդում որևէ բանի հետ և հազվադեպ են դիտվում։

Լեպտոնների վեց տիպերը հայտնի են որպես բույր ()։ Դրանք ձևավորում են երեք սերունդներ։ Առաջին սերունդը էլեկտրոնային լեպտոններն են, որոնք ընդգրկում են էլեկտրոնը և էլեկտրոնային նեյտրինո։ Երկրորդ սերունդը մյուոնային լեպտոններն են, ընդգրկում են մյուոնները և մյուոնային նեյտրինոն։ Երրորդը տաու լեպտոններն են, որոնք ընդգրկում են տաուն և տաու նեյտրինոն։ Էլեկտրոնի զանգվածը ավելի փոքր է լիցքավորված լեպտոնի զանգվածից։ Ավելի ծանր մյուոնները և տաուները արագ փոխարկվում են էլեկտրոնների մասնիկների տրոհման արդյունքում, ձեռք բերելով ավելի փոքր զանգվածով վիճակ։ Էլեկտրոնները կայուն են և ամենատարածված լիցքավորված լեպտոններն են տիեզերքում, մինչդեռ մյուոններն ու տաուները կարող են առաջանալ միայն բարձր էներգիաներով բախումներում (արագացուցիչներում կամ տիեզերական ճառագայթների հետ փոխազդեցության արդյուքնում)։

Լեպտոններն ունեն տարբեր անկապտելի հատկություններ, այդ թվում՝ էլեկտրական լիցք, սպին, զանգված։ Սակայն ի տարբերություն քվարկների, լեպտոնները չեն մասնակցում ուժեղ փոխազդեցությանը, բայց մասնակցում են մյուս երեք հիմնարար փոխազդեցություններին՝ գրավիտացիային, էլեկտրամագնիսականությանը (բացառությամբ նեյտրինոների, որոնք էլեկտրականապես չեզոք են) և թույլ փոխազդեցությանը։ Ամեն լեպտոնային բույրի համար կա համապատասխան հակամասնիկ, որը հայտնի է որպես հակալեպտոն, որը տարբերվում է լեպտոնից միայն որոշ հատկություններով՝ մեծությամբ հավասար, սակայն նշանով հակառակը։

Առաջին լիցքավորված լեպտոնը՝ էլեկտրոնը, տեսության առարկա է դարձել 19-րդ դարի կեսերին՝ մի շարք գիտնականների կողմից և հայտնաբերել է 1897 թ. Ջ. Ջ. Թոմսոնը։ Հաջորդ լեպտոնը, որը դիտարկվեց, մյուոնն էր, որը 1936 թ. հայտնաբերեց Կառլ Անդերսոնը։ Այդ ժամանակ մյուոնը համարվեց մեզոն։ Հետագայում պարզ դարձավ, որ մյուոնը չունի մեզոնի հատկությունները, այլ ավելի շոյւտ էլեկտրոնին հատուկ վարք է դրսևորում, միայն ավելի մեծ զանգվածով։ Միայն 1947 թ. մշակվեց "լեպտոններ" հասկացությունը որպես մասնիկների ընտանիք։ Առաջին՝ էլեկտրոնային նեյտրինոյի գաղափարն առաջարկեց Վոլֆգանգ Պաուլին 1930 թ.՝ բացատրելու համար բետա-տրոհման որոշ յուրահատկություններ։ Առաջին անգամ դիտարկեցին Քլայդ Քովանը և Ֆրեդերիկ Ռեյնեն 1956 թ. Քովան-Ռեյնեի փորձում։ Մյուոնային նեյտրինոն հայտնաբերեցին 1962 թ. Լեոն Լեդերմանը, Մելվին Շվարցը և Ջեք Ստեյնբերգերը։ Տաուն 1974 և 1977 թթ. միջև հայտնաբերեց Մարտին Լյուիս Պերլը Ստանֆորդի գծային արագացուցիչի կենտրոնի և Լուորենս Բերկլիի ազգային լաբորատորիայի գործընկերների հետ։ Տաու նեյտրինոն անհայտ մնաց մինչև 2000 թ. հուլիսը, երբ Ֆերմիլաբի DONUT collaboration հայտարարեց հայտնաբերության մասին։

Լեպտոնները ստանդարտ մոդելի կարևոր մասն են։ Պրոտոնի և նեյտրոնի հետ միասին էլեկտրոնը ատոմի բաղկացուցիչ մասն է։ Հնարավոր է սինթեզել էկզոտիկ ատոմներ, որոնք մյուոնի և տաուի փոխարեն ունեն էլեկտրոններ, ինչպես նաև լեպտոն-հակալեպտոն մասնիկներ, ինչպես պոզիտրոնիումն է։

Անվանումը և պատմությունը 
«Լեպտոն» անվանումն առաջարկել է Լեոն Ռոզենֆելդը (Քրիստրաին Մյոլլերի առաջարկությամբ) 1948 թ.։ Բառը հին հունարենում նշանակում է  leptós, «նուրբ, փոքր, բարակ» և արտացոլում էր այն փաստը, որ այն ժամանակ հայտնի բոլոր լեպտոնները շատ ավելի թեթև էին բարիոնների դասի մեջ մտնող ծանր մասնիկներից (- ծանր)։ Այժմ բառի նշանակությունը արդեն չի համապատասխանում իրականությանը, քանի որ 1977 թ. հայտնաբերված տաու-լեպտոնը մոտ երկու անգամ ծանր է ամենաթեթև բարիոններից (պրոտոնից և նեյտրոնից)։

Հատկություններ 
Բոլոր լեպտոնները ֆերմիոններ են, այսինքն՝ նրանց սպինը ½ է։ Քվարկների հետ միասին (որոնք մասնակցում են բոլոր չորս հիմնարար փոխազդեցություններին, ներառյալ ուժեղը) լեպտոնները կազմում են հիմնարար ֆերմիոնների դասը՝ մասնիկներ, որոնցից կազմված է նյութը և որոնք, որքան հայտնի է, չունեն ներքին կառուցվածք։

Չնայած որ մինչև հիմա լեպտոնների ոչ կետային կառուցվածքի ոչ մի փորձարարական տվյալ չկա, փորձեր են արվում կառուցել տեսություններ, որոնցում լեպտոնները (և հիմնարար ֆերմիոնների մյուս խումբը՝ քվարկները) բաղադրյալ օբյեկտներ են։ Այս հիպոթետիկ մասնիկների աշխատանքային անվանումը պրեոն է։

Լեպտոնների սերունդը 
Լեպտոնների երեք սերունդ կա.
 առաջին սերունդ. էլեկտրոն, էլեկտրոնային նեյտրինո
 երկրորդ սերունդ. մյուոն, մյուոնային նեյտրինո
 երրորդ սերունդ. տաու-լեպտոն, տաու-նեյտրինո
ներառյալ համապատասխան հակամասնիկները։ 
Այսպիսով, յուրաքանչյուր սերնդում կա բացասական լիցքավորված (−1  լիցքով) լեպտոն, դրական լիցքավորված (+1  լիցքով) հակալեպտոն և չեզոք նեյտրինո և հականեյտրինո։ Բոլորն ունեն ոչ զրոյական զանգված, չնայած նեյտրինոյի զանգվածը շատ քիչ է մյուս տարրական մասնիկների զանգվածի հետ համեմատած (էլեկտրոնային նեյտրինոյի զանգվածը փոքր է 1 էլեկտրոն-վոլտից)։

«Դասական» լեպտոնների տարբեր սերունդների թվաքանակը որոշել են փորձարարները՝ չափելով 0-բոզոնի տրոհման լայնությունը՝ այն 3 է։ Խստորեն ասած, դա չի բացառում «ստերիլ» (թույլ փոխազդեցությանը չմասնակցող) կամ շատ ծանր (մի քանի տասնյակ ԳէՎ-ից ծանր զանգվածով, չնայած անվանմանը) լեպտոնների սերնդի գոյությունը։ Լեպտոնների սերնդի քանակը առայժմ չի բացատրվում առկա տեսությունների շրջանակներում։ Տիեզերքում դիտվող գրեթե բոլոր պրոցեսները ճիշտ նույն տեսքը կունենային, եթե գոյություն ունենար լեպտոնների միայն մեկ սերունդ։

Լեպտոնային թիվ 

Ամեն լիցքավորված լեպտոնի (էլեկտրոն, մյուոն, տաու-լեպտոն) համապատասխանում է թեթև չեզոք լեպտոն՝ նեյտրինո։ Համարվում էր, որ լեպտոնների յուրաքանչյուր սերունդ ունի իր այսպես ֆլեյվորային () լեպտոնային լիցքը, այլ կերպ ասած, լեպտոնը կարող է առաջանալ միայն իր սերնդի հակալեպտոնի հետ, այնպես որ փակ համակարգի յուրաքանչյուր սերնդի լեպտոնների և հակալեպտոնների քանակի տարբերությունը հաստատուն է։ Այդ տարբերությունները կոչվում էին էլեկտրոնային, մյուոնային կամ տաու-լեպտոնային թվեր՝ կախված դիտարկվող սերնդից։ Լեպտոնի լեպտոնային թիվը +1 է, հակալեպտոնինը՝ −1։

Նեյտրինային տատանումների բացահայտումով նկատվեց, որ այդ կանոնը խախտվում է. Էլեկտրոնային նեյտրինոն կարող է փոխարկվել մյուոնային կամ տաու-նեյտրինոյի և այլն։ Այսպիսով, ֆլեյվորային լեպտոնային թիվը չի պահպանվում։ Սակայն դեռ չեն հայտնաբերվել պրոցեսներ, որոնցում չի պահպանվում ընդհանուր լեպտոնային թիվը (անկախ սերնդից)։ Լեպտոնային թիվը երբեմն անվանում են լեպտոնային լիցք, չնայած դրանց հետ, ի տարբերություն էլեկտրական լիցքի, որևէ տրամաչափային դաշտ կապված չէ։ Լեպտոնային թվի պահպանման օրենքը փորձարարական փաստ է և դեռ չունը համընդհանուր տեսական հիմնավորում։ Ստանդարտ մոդելի ժամանակակից ընդլայնումներում, որոնք միավորում են ուժեղ և էլեկտրաթույլ փոխազդեցությունները, լեպտոնային թիվը չի պահպանվում։ Դրանց ցածրէներգիական դրսևորումներ կարող են լինել առայժմ չբացահայտված նեյտրինային-հականեյտրինային տատանումները և աննեյտրինային կրկնակի բետա-տրոհումը, որոնք փոխում են լեպտոնային թիվը երկու միավորով։

Ծանոթագրություններ 

Տարրական մասնիկներ
Ստանդարտ մոդել
Լեպտոններ
Ֆիզիկայի հասկացություններ