Tau (partícula)

Tau (τ⁻)
Clasificación
Partícula elemental
Fermión
Leptón
Tercera generación
Tau
Propiedades
Masa:	3,167 (6) · 10⁻²⁷ kg 1776,99 (29) MeV/c²
Carga eléctrica:	−1 e
Carga de color:	Neutra
Espin:	$\begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} \hbar\;$
Vida media:	3 · 10⁻¹³ s
Antipartícula:	Antitau (τ⁺)
Interacciona con:	Gravedad Electromagnetismo Interacción débil

La partícula tau (también llamada a veces tauón) es una partícula elemental masiva que pertenece a la tercera generación de leptones. Tiene una vida media muy corta, de unos 3·10⁻¹³ segundos, y una masa de unos 1777 MeV/c² (casi el doble que la del protón y más de 3.000 veces la del electrón).

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Clasificación en el modelo estándar

El tau pertenece a la tercera generación de leptones, junto al muón que pertenece a la segunda y al electrón de la primera. Como todos los leptones, parece ser una partícula elemental, no constituida por partículas más pequeñas. Si está formado por partículas más pequeñas, éstas deben de estar por debajo de la escala de los 10⁻¹⁸ metros, ya que los aceleradores de partículas de hasta el 2006 sólo pueden 'observar' hasta ésa escala.

El tau es un fermión, con un spin igual a la mitad de la constante reducida de Planck; y como los demás leptones, cumple la simetría CPT con su antipartícula.

Desintegración

El tau es el único leptón que tiene la masa necesaria como para desintegrarse la mayoría de las veces en hadrones. Un 18% de las veces el tau decae en un electrón y dos neutrinos, y otro 18% en un muón y dos neutrinos. El restante 64% de las ocasiones decae en forma de hadrones y un neutrino.

Todas las desintegraciones son debidas a la interacción débil (incluso las hadrónicas), y todas conservan el número tauónico. Por tanto, todas las desintegraciones anteriores incluyen un tau-neutrino, aunque debido a propia naturaleza de los mismos son muy difíciles de detectar, dada su escasa interacción con la materia.

Historia

El tau fue detectado por primera vez a través de unos experimentos dirigidos por Martin Lewis Perl entre 1974 y 1977. Se empleó un nuevo equipo del acelerador de partículas del SLAC, el SPEAR (un colisionador de electrones y positrones); y un nuevo detector magnético, el LBL. Tenían las herramientas necesarias como para poder distinguir con bastante exactitud entre leptones, hadrones y fotones.

Se descubrió a partir de ciertas anomalías en la desintegración de las partículas. De hecho, observaron el siguiente evento:

$e^{+} + e^{-} \rightarrow e^{\pm} + \mu^{\mp} + \mbox{particulas no detectadas}$

Al hacer el balance de energía entre los estados inicial y final, se observó que la energía final era menor. En ninguna ocasión los muones, hadrones o fotones sumaban la energía necesaria para igualarse a la del estado inicial. Entonces se propuso que con la energía que hacían colisionar al electrón y al positrón se creaba un par de nuevas partículas muy masivas, que pronto decaía en las demás partículas observadas. De hecho, el evento es:

$e^+ + e^- \rightarrow \tau^+ + \tau^- \rightarrow e^{\pm} + \mu^{\mp} + {\nu_{e}}^{(si\;e^{+})} + \overline{\nu_{\mu}}^{(si\;\mu^{-})} + \overline{\nu_{\tau}} + \nu_{\tau}$

Ésta propuesta fue difícil de verificar porque la energía necesaria para producir el par tau-antitau era parecida a la que se requiere para crear un par de mesones. Poco a poco se fue confirmando la existencia del tauón en el DESY y en el SLAC, y la masa y spin del mismo se iba estableciendo. Después, Martin Lewis Perl ganó el premio Nobel de física en 1995 por su descubrimiento, junto a Frederik Reines (que descubriría el tau-neutrino)

Véase también

Lista de partículas
Desintegración
Neutrino

Enlaces externos

Introducción a la astronomía (con información del tau y otras partículas)
Premio Nobel de física de 1995 (en inglés)
Notas de Perl mostrando el descubrimiento del tau (en inglés)

Referencias

Wikipedia en inglés: Tau lepton
Particle Listings 2005, de Particle data group, s035.pdf (tau)

Categorías: Partículas elementales | Fermiones

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