Leptone

Un leptone è una particella subatomica fondamentale, cioè non composta da altre particelle, avente spin 1/2 e appartenente perciò della famiglia dei fermioni.

I leptoni sono suddivisi in tre famiglie: gli elettroni, i muoni ed i tauoni; ad ognuna di queste è associato un particolare neutrino.

• elettrone $e$ e neutrino $\nu_{e}$
• muone $\mu$ e neutrino $\nu_{\mu}$
• tauone $\tau$ e neutrino $\nu_{\tau}$

Dei sei tipi di leptoni tre hanno carica negativa e tre neutra.

L'elettrone, il muone e il tauone si differenziano per la loro massa e una delle sfide più importanti della fisica moderna riguarda proprio la ricerca del motivo di questa differenza. Il modello standard prevede l'esistenza di una particella molto pesante, nota come bosone di Higgs, che determinerebbe, a seconda del "livello" di interazione con le altre particelle, la loro massa. Nel 2012 al CERN di Ginevra è stato dato l'annuncio dell'osservazione, per mezzo dell'acceleratore LHC, di una particella compatibile con il bosone di Higgs.

Nel 1998 presso l'osservatorio Super-Kamiokande situato in Giappone è stato mostrato che i neutrini hanno massa diversa da zero (da 100.000 a 1 milione di volte inferiore a quella dell'elettrone).

Tabella dei leptoni

Nome	Carica elettrica	Massa (GeV/c2)
Elettrone	–1	0,000511
Neutrino elettronico	0	< 2,2 · 10−10
Muone	–1	0,1056
Neutrino muonico	0	< 1,7 · 10−4
Tauone	–1	1,777
Neutrino Tau	0	< 0,0155

Il numero leptonico

I leptoni sono caratterizzati da tre numeri quantici, chiamati numeri leptonici. Essi vengono definiti da un numero intero positivo nel caso di un leptone e da un numero intero negativo nel caso di un antileptone.

A ciascun doppietto di leptoni viene, quindi, assegnato un numero leptonico differente che deve essere conservato in tutte le interazioni. Si distingue, pertanto, tra:

• numero leptonico elettronico che è definito come il numero totale di elettroni più il numero di neutrini elettronici meno il numero delle loro antiparticelle;

• numero leptonico muonico che è definito come il numero totale di muoni più il numero di neutrini muonici meno il numero delle loro antiparticelle;

• numero leptonico tau che è definito come il numero totale di particelle tau più il numero di neutrini tau meno il numero delle loro antiparticelle.

I numeri leptonici sono rigorosamente conservati (cioè la somma dei numeri leptonici di ogni famiglia nello stato iniziale è uguale alla somma dei numeri leptonici nello stato finale) nelle interazioni elettromagnetiche e nelle interazioni forti, mentre nelle interazioni deboli c'è una leggera violazione, dovuta al fenomeno dell'oscillazione dei neutrini. Questo perché:

- le interazioni elettromagnetiche non possono creare o distruggere leptoni singoli, ma solo coppie leptone-antileptone (solo gli elettroni, i muoni e i tauoni, non i neutrini), in modo che il numero leptonico si conservi;

- i leptoni non sono soggetti alle interazioni forti, quindi il numero leptonico è banalmente conservato;

- le interazioni deboli il più delle volte trasformano un leptone (per esempio un elettrone) nell'altro leptone dello stesso sapore (es. neutrino elettronico), oppure creano o distruggono una coppia leptone-antileptone (elettrone e antineutrino elettronico, positrone e neutrino elettronico, e così via per ogni sapore), conservando quindi il numero leptonico;

- L'oscillazione dei neutrini è un fenomeno (peraltro abbastanza infrequente) dovuto alla massa non nulla dei neutrini stessi, per cui un neutrino di un sapore può trasformarsi in un neutrino delle altre due, violando così il numero leptonico. Misure dell'oscillazione sono state effettutate sin dagli anni '60, quando venne notato un deficit di neutrini elettronici solari, anche se le prove definitive si sono avute solo nell'ultimo decennio.

Tabella di riepilogo

	$e^-, {\nu}_{e}$	$e^+, {\overline{\nu}}_{e}$	$\mu^-, \nu_{\mu}$	$\mu^+, \bar{\nu}_{\mu}$	$\tau^-, \nu_{\tau}$	$\tau^+, \bar{\nu}_{\tau}$
$L_e$	1	−1	0	0	0	0
$L_{\mu}$	0	0	1	−1	0	0
$L_{\tau}$	0	0	0	0	1	−1

Bibliografia

• L.B. Okun "Leptoni e quark", Editori Riuniti university press, 2011, ISBN 978-88-6473-218-3
• Griffiths, David J., Introduction to Elementary Particles, Wiley, John & Sons, Inc, 1987. ISBN 0-471-60386-4
• Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph, Modern Physics, 4 ed., W. H. Freeman, 2002. ISBN 0-7167-4345-0
• Michael E. Peskin; Daniel V. Schroeder, An Introduction to Quantum Field Theory, Addison-Wesley, 1995. ISBN 0-201-50397-2

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• Il Particle Data Group, organizzazione che raccoglie tutte le informazioni note sulle particelle.
• Leptons, piccolo riassunto dall'Università della Georgia sui leptoni.

Voci correlate

• Legge di conservazione del numero leptonico
• Dileptoni
• Fermione
• Lista delle particelle
• Neutrino
• Numero leptonico
• Formula di Koide

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