Λεπτόνιο

Τα λεπτόνια είναι θεμελιώδη (μη σύνθετα) σωματίδια ημιακέραιου σπιν (αυτοστροφορμή 1⁄2), τα οποία δεν μετέχουν σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις. Υπάρχουν δυο κύριες κατηγορίες λεπτονίων: τα φορτισμένα (ηλεκτρονιόμορφα λεπτόνια), και τα ουδέτερα λεπτόνια πιο γνωστά ως νετρίνο. Σε κάθε λεπτόνιο ύλης αντιστοιχεί ένα λεπτόνιο αντιύλης. Ένα βασικό σωματιδιακό ταξινομικό κριτήριο, αποτελεί η συμμετοχή ή μη στα διάφορα είδη αλληλεπιδράσεων. Έτσι, τα διάφορα σωματίδια χωρίζονται στα αδρόνια τα οποία μετέχουν σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις και στα λεπτόνια, τα οποία δεν μετέχουν σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις.

Σύνοψη των σωματιδίων και των δυνάμεων της σωματιδιακής φυσικής

Ιστορική αναδρομή

Ιστορικά, η εισαγωγή του πρώτου λεπτονίου (του ηλεκτρονίου) στη θεωρητική περιγραφή των ατόμων, έγινε στο μοντέλο του Rutherford. Το 1933, ανακαλύφθηκε από τον (Anderson) ένα νέο σωματίδιο, το ποζιτρόνιο, ενώ την ίδια χρονιά εισάγεται το νετρίνο και το αντισωματίδιο του, με καθαρά θεωρητικά επιχειρήματα. Η πειραματική επαλήθευση του νετρίνου έγινε το 1953. Το 1936 ανακαλύπτεται πειραματικά το μιόνιο, αν και μόνο μετά το 1947 οι φυσικοί αντιλήφθηκαν ότι πρόκειται για ένα νέο είδος λεπτονίου, το οποίο διαθέτει και αυτό το αντισωματίδιό του. Η διάκριση μεταξύ των νετρίνων του ηλεκτρονίου και των νετρίνων του μιονίου διαπιστώθηκε σε πειράματα τα έτη 1962 και 1963. Τέλος, το 1976 ανακαλύφθηκε πειραματικά το σωμάτιο ταυ, αρκετά βαρύτερο σε σχέση με τα υπόλοιπα λεπτόνια. Υπάρχουν αρκετές ενδείξεις για την ύπαρξη του αντίστοιχου νετρίνου και του σωματιδίου του, τα οποία δεν έχουν όμως παρατηρηθεί πειραματικά. Η ονομασία προέρχεται από την ελληνική λέξη λεπτός, που σημαίνει ελαφρύς, σε αντιδιαστολή με τη λέξη αδρός που σημαίνει βαρύς, και χρησιμοποιήθηκε για τα βαρυόνια και τα μεσόνια. Η ονομασία αυτή δόθηκε καθώς το πρώτο λεπτόνιο που βρέθηκε, το ηλεκτρόνιο, ήταν πολύ ελαφρύτερο του πρωτονίου, και είναι ατυχής, καθώς έχουν ανακαλυφθεί αρκετά μεσόνια ή βαρυόνια, που είναι ελαφρύτερα των λεπτονίων.

Ιδιότητες των λεπτονίων

Και τα έξι λεπτόνια θεωρούνται σήμερα στοιχειώδη σωματίδια και συγκροτούν μια κατηγορία, που μαζί με εκείνη των κουάρκ αποτελούν τους δομικούς λίθους της ύλης. Έχουν όλα σπιν 1/2 (είναι δηλαδή φερμιόνια και δε μετέχουν σε ισχυρές αλληλεπιδράσεις). Τα λεπτόνια μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε διπλέτες, όπου το ένα σωματίδιο έχει μάζα και ηλεκτρικό φορτίο (όπως το ηλεκτρόνιο και το μιόνιο) και το δεύτερο είναι σχεδόν άμαζο και ηλεκτρικά ουδέτερο (όπως τα διάφορα νετρίνα). Μπορούμε λοιπόν να σχηματίσουμε τις παρακάτω διπλέτες:

$\qquad {\begin{pmatrix}e^{-}\\\nu _{e}\end{pmatrix}}\qquad {\begin{pmatrix}\mu ^{-}\\\nu _{\mu }\end{pmatrix}}\qquad {\begin{pmatrix}\tau ^{-}\\\nu _{\tau }\end{pmatrix}}$

και τις αντίστοιχες για τα αντισωματίδιά τους. Τα λεπτόνια διαθέτουν έναν χαρακτηριστικό αριθμό, ο οποίος ονομάζεται λεπτονικός αριθμός, και ο οποίος διατηρείται στις διάφορες αντιδράσεις. Υπάρχουν τρεις λεπτονικοί αριθμοί: ο ηλεκτρονικός, ο μιονικός και ο ταυ, τους οποίους διαθέτουν τα αντίστοιχα σωματίδια και τα νετρίνα τους.

Πίνακας των λεπτονίων

Σωματίδιο / αντισωματίδιο				Νετρίνο / αντινετρίνο
Όνομα	Σύμβολο	Φορτίο (e)	Μάζα (MeV)	Όνομα	Σύμβολο	Φορτίο (e)	Μάζα (MeV)
Ηλεκτρόνιο / Ποζιτρόνιο	$e^{-}\,/\,e^{+}$	−1 / +1	0.511	Νετρίνο ηλεκτρονίου / Αντινετρίνο ηλεκτρονίου	$\nu _{e}\,/\,{\overline {\nu }}_{e}$	0	<0.0000022
Μυόνιο / Αντιμυόνιο	$\mu ^{-}\,/\,\mu ^{+}$	−1 / +1	105.6	Νετρίνο μυονίου / Αντινετρίνο μυονίου	$\nu _{\mu }\,/\,{\overline {\nu }}_{\mu }$	0	<0.17
Ταυ λεπτόνιο / Αντιταυ	$\tau ^{-}\,/\,\tau ^{+}$	−1 / +1	1777	Ταυ νετρίνο / Ταυ αντινετρίνο	$\nu _{\tau }\,/\,{\overline {\nu }}_{\tau }$	0	<15.5

Είναι γνωστό ότι οι μάζες των νετρίνων είναι μη-μηδενικές, εξ' αιτίας των ταλαντώσεων των νετρίνων, αλλά παραμένουν πολύ μικρές για να μετρηθούν, μέχρι τις αρχές του 2007.