Leptón

El nombre leptón proviene del Griego λεπτός leptós, "fino, pequeño, delgado" (neutro forma nominativa/acusativa singular: λεπτόν leptón);[14][15] la forma más antigua atestiguada de la palabra es el griego micénico. 𐀩𐀡𐀵, re-po-to, escrita en escritura silábica Lineal B.[16] Leptón fue utilizado por primera vez por el físico Léon Rosenfeld en 1948:[17]

Siguiendo una sugerencia del profesor C. Møller, adopto -como complemento de "nucleón"- la denominación "leptón" (de λεπτός, pequeño, fino, delicado) para denotar una partícula de masa pequeña.

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Rosenfeld eligió el nombre porque los únicos leptones conocidos en aquel momento eran los electrones y los muones, cuyas masas son pequeñas en comparación con los nucleones-la masa de un electrón 0,511 MeV/c²[18] y la masa de un muón (con un valor de 105,7 MeV/c²[19] son fracciones de la masa del protón "pesado" 938,3 MeV/c².[20] Sin embargo, la masa del tau (descubierto a mediados de la década de 1970) 1777 MeV/c²[21] es casi el doble que la del protón y unas 3500 veces la del electrón.

Un muón se transmuta en un neutrino muónico emitiendo un bosón. El bosón W boson decae posteriormente en un electrón y un antineutrino de electrón

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El primer leptón identificado fue el electrón, descubierto por J.J. Thomson y su equipo de físicos británicos en 1897.[22][23] Posteriormente, en 1930, Wolfgang Pauli postuló el neutrino electrónico para preservar la conservación de la energía, la conservación del momento y la conservación del momento angular en la desintegración beta.[24] Pauli teorizó que una partícula no detectada se llevaba la diferencia entre la energía, el momento y el momento angular de las partículas inicial y final observadas. Al neutrino electrónico se le llamaba simplemente neutrino, ya que aún no se sabía que los neutrinos venían en diferentes sabores (o diferentes "generaciones").

Casi 40 años después del descubrimiento del electrón, el muón fue descubierto por Carl D. Anderson en 1936. Debido a su masa, fue clasificado inicialmente como un mesón en lugar de un leptón.[25] Más tarde quedó claro que el muón era mucho más similar al electrón que a los mesones, ya que los muones no sufren la interacción fuerte, y por tanto el muón fue reclasificado: electrones, muones y el neutrino (electrón) fueron agrupados en un nuevo grupo de partículas: los leptones. En 1962, Leon M. Lederman, Melvin Schwartz y Jack Steinberger demostraron que existía más de un tipo de neutrino al detectar por primera vez interacciones del neutrino muón, lo que les valió el Premio Nobel 1988, aunque para entonces ya se había teorizado sobre los diferentes sabores del neutrino.[26]

El tau fue detectado por primera vez en una serie de experimentos entre 1974 y 1977 por Martin Lewis Perl con sus colegas del SLAC LBL group.[27] Al igual que el electrón y el muón, también se esperaba que tuviera un neutrino asociado. La primera evidencia de la existencia de neutrinos tau vino de la observación de energía y momento "perdidos" en la desintegración tau, de forma análoga a la energía y momento "perdidos" en la desintegración beta que condujo al descubrimiento del neutrino electrón. La primera detección de las interacciones del neutrino tau fue anunciada en 2000 por la colaboración DONUT en Fermilab, convirtiéndola en la segunda partícula del Modelo Estándar en haber sido observada directamente,[28], descubriéndose el bosón de Higgs en 2012.

Aunque todos los datos actuales son consistentes con tres generaciones de leptones, algunos físicos de partículas están buscando una cuarta generación. El límite inferior actual de la masa de dicho cuarto leptón cargado es 100,8 GeV/c²,[29] mientras que su neutrino asociado tendría una masa de al menos 45,0 GeV/c².[30]

Nombre y carga eléctrica de los componentes de la materia.

Ejemplo del decaimiento de un leptón en otras partículas.

Hay tres tipos conocidos de leptones: el electrón, el muon y el leptón tau. Cada tipo está representado por un par de partículas llamadas doblete débil. Uno es una partícula cargada masiva que lleva el mismo nombre que su tipo (como el electrón). La otra es una partícula neutra casi sin masa llamada neutrino (como el neutrino electrónico). Todas, es decir las seis partículas, tienen su correspondiente antipartícula (como el positrón o el antineutrino electrónico). Todos los leptones cargados conocidos tienen una sencilla unidad de carga eléctrica (que depende de si son partículas o antipartículas) y todos los neutrinos y antineutrinos tienen carga eléctrica cero. Los leptones cargados tienen dos estados de espín posibles, mientras que se observa una sola helicidad en los neutrinos (todos los neutrinos son levógiros y todos los antineutrinos son dextrógiros.

Las masas de los leptones también obedecen a una relación simple, conocida como la fórmula de Koide, pero actualmente esta relación aún no puede ser explicada.

Cuando interactúan partículas, generalmente el número de leptones del mismo tipo (electrones y neutrinos electrónicos, muones y neutrinos muónicos, leptones tau y neutrinos tauónicos) se mantiene. Este principio es conocido como la conservación del número leptónico. La conservación del número de leptones de diferente sabor (p.e. número electrónico o número muónico) algunas veces se puede violar (como en la oscilación de neutrinos). Una ley de conservación más fuerte es el número total de leptones de todos los sabores que es violada por una pequeña cantidad en el modelo estándar por las llamadas anomalías quirales.

Los acoples de los leptones a los bosones de gauge son independientes del sabor. Esta propiedad es llamada universalidad leptónica y ha sido probada en medidas de la vida media de tauones y muones, y en decaimientos parciales de bosones Z, particularmente en los experimentos de SLC y LEP.

Carga del leptón / antipartícula					Neutrino / antineutrino
Nombre	Símbolo	Carga eléctrica (e)	Masa(MeV/c2)		Nombre	Símbolo	Carga eléctrica (e)	Masa (MeV/c2)
Electrón / Positrón	${\displaystyle e^{-}\,/\,e^{+}}$	−1 / +1	0,511		Neutrino electrónico / Electrón antineutrino	${\displaystyle \nu _{e}\,/\,{\overline {\nu }}_{e}}$	0	< 0,0000022[31]
Muon / Antimuón	${\displaystyle \mu ^{-}\,/\,\mu ^{+}}$	−1 / +1	105,7		Neutrino muónico / Muon antineutrino	${\displaystyle \nu _{\mu }\,/\,{\overline {\nu }}_{\mu }}$	0	< 0,17[31]
Tau / Antitau	${\displaystyle \tau ^{-}\,/\,\tau ^{+}}$	−1 / +1	1777		Tau neutrino / Tau antineutrino	${\displaystyle \nu _{\tau }\,/\,{\overline {\nu }}_{\tau }}$	0	< 15,5[31]

Se nota que las masas de los neutrinos son conocidas, diferentes de cero, por la oscilación de neutrinos, pero sus masas son lo suficientemente ligeras que no se podían directamente medir hasta el 2007. Sin embargo tienen una medida (indirectamente basada en los periodos de oscilación) la diferencia del cuadrado de las masas entre los neutrinos que tienen que ser estimadas ${\displaystyle \Delta m_{12}^{2}=80{meV}^{2}}$ y ${\displaystyle \Delta m_{23}^{2}\approx \Delta m_{13}^{2}=2400{meV}^{2}}$. Esto lleva a las siguientes conclusiones:

• ${\displaystyle \nu _{\mu }}$ y ${\displaystyle \nu _{\tau }}$ son más ligeros que 2,2 eV (es como ${\displaystyle \nu _{e}}$ y las diferencias de masas entre los neutrinos son del orden de los milielectronvoltios).
• uno (o muchos) de los neutrinos son más pesados que 0,040 eV.
• dos (o tres) de los neutrinos son más pesados que 0,008 eV

Los nombres "mu" y "tau" parece que fueron seleccionados debido a su lugar en el alfabeto griego; mu es la séptima letra después de epsilon (electrón) y tau es la séptima después de mu. μ y τ son versiones inestables del electrón. Cuando los leptones están cargados, estos interactúan con interacción electromagnética e interacción débil; no así los neutrinos que lo hacen solo en interacción débil.

• La "radiación del leptón" se dice que se emite por dispositivos que transportan personas de una dimensión en la serie de televisión Stargate SG-1. (Crystal Skull, Arthur's Mantle)
• "¿Qué estás buscando ahora, leptón?", Little Man Tate (1991)

• Física de partículas
• Modelo estándar de física de partículas
• Número leptónico
• Fórmula de Koide

• Wikcionario tiene definiciones y otra información sobre leptón.
• The Particle Data Group. Compila información de las propiedades de las partículas.
• Leptons, de la Universidad Estatal de Georgia, es un pequeño resumen de los leptones.