타우 입자

입자물리학에서 타우 입자(, )는 제3세대의 렙톤이다. 음의 전하를 지니며, 질량이 1.78 GeV/c2로 렙톤 가운데 가장 무겁다. 이는 양성자의 거의 두 배의 질량이다. 타우 입자의 반입자는 반타우 입자이며, 같은 세대의 중성미자는 타우 중성미자이다.

분류 
타우 입자는 제3세대의 렙톤이다. 반면, 전자는 1세대 렙톤이며, 뮤온은 2세대 렙톤이다. 전자나 뮤온과 같이 타우 입자는 점처럼 보인다. 즉 어떠한 구조도 보이지 않으며, 있다고 해도 10−18 미터 이하일 것이라는 것이다. 또한 전자와 뮤온과 같이 타우 입자는 1/2의 스핀을 지니고 있다. 타우 입자 및 반타우 입자는 각각 전자 및 양전자와 동일한 전하량을 지닌다.

붕괴 
타우 입자는 강입자로 붕괴하는 유일한 렙톤이다. 다른 렙톤은 붕괴에 필요한 충분한 질량을 가지고 있지 않다. 타우 입자 및 강입자의 붕괴 과정은 약한 상호작용에 의해 일어난다. 타우 입자의 평균 수명은 약 0.3 피코초이다.

특수한 경우를 제외하고는 렙톤 수가 세대별로 보존되므로 타우 입자가 뮤온 및 전자로 붕괴하는 과정에서 타우 중성미자가 생성된다.

타우 입자가 전자와 중성미자로 붕괴하는 갈래비는 약 18%이며, 뮤온 및 중성미자로 붕괴하는 비율 역시 비슷하다. 반면 하드론으로 붕괴하는 비율은 64%이다.

발견 
타우 입자는 1974년과 1977년 사이에 SLAC-LBL의 마틴 루이스 펄 연구진이 발견하였다. SLAC은 SPEAR이라는 전자 및 양전자 충돌 장비를 보유했으며, LBL은 자기 관측기를 보유하고 있었다. 기기를 이용하여 렙톤, 하드론, 광자를 서로 구분하는 것이 가능했다. 연구진은 타우 입자를 직접 관측하지는 못하였지만 다음과 같은 이상한 과정을 관측하였다.

관측되지 않은 입자

처음의 에너지가 마지막까지 보존되지 않는다는 점에 미루어 관측되지 않은 입자가 있다는 것을 알 수 있었다. 하지만 뮤온이나 전자, 혹은 하드론이나 광자 등은 관측할 수 없었다. 후에 이러한 현상은 새로운 입자의 생성 및 붕괴를 중간 과정으로 거친다고 다음과 같이 제안되었다.

이후 DESY-Hamburg와 DELCO에서의 연구가 타우 입자의 질량 및 스핀을 측정하였다.

1995년 마틴 루이스 펄과 프레더릭 라이너스는 각각 타우 입자와 타우 중성미자를 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상하였다.

같이 보기 
 입자 목록

외부 링크 
 펄의 타우온 관련 기록
 발견에 관한 3개의 논문

참고 문헌 

경입자
기본 입자