Leptone

I leptoni sono un gruppo di particelle subatomiche elementari aventi spin semi-intero e appartenenti pertanto alla famiglia dei fermioni.

I leptoni sono suddivisi in quattro tipologie: gli elettroni, i muoni, i tauoni, che costituiscono tre generazioni, e i neutrini. Questi ultimi a loro volta si dividono in tre generazioni, ciascuna associata agli altri leptoni secondo lo schema:

• elettrone ($e$$e$) e neutrino elettronico $\nu _{e}$$\nu _{{e}}$
• muone ($\mu$$\mu$) e neutrino muonico $\nu _{\mu }$$\nu _{{\mu }}$
• tauone ($\tau$$\tau$) e neutrino tauonico $\nu _{\tau }$$\nu _{{\tau }}$

L'elettrone, il muone e il tauone hanno carica elettrica elementare negativa e si differenziano per massa e vita media. I neutrini hanno carica nulla.

Ritenuto per lungo tempo privo di massa, nel 1998 presso l'osservatorio Super-Kamiokande situato in Giappone è stato mostrato che il neutrino ha massa piccolissima, 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 tauonico	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 tauonici 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:

1. 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;
2. i leptoni non sono soggetti alle interazioni forti, quindi il numero leptonico è banalmente conservato;
3. 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;
4. 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 effettuate 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}$$e^{-},{\nu }_{{e}}$	$e^{+},{\overline {\nu }}_{e}$$e^{+},{\overline {\nu }}_{{e}}$	$\mu ^{-},\nu _{\mu }$$\mu ^{-},\nu _{{\mu }}$	$\mu ^{+},{\bar {\nu }}_{\mu }$$\mu ^{+},{\bar {\nu }}_{{\mu }}$	$\tau ^{-},\nu _{\tau }$$\tau ^{-},\nu _{{\tau }}$	$\tau ^{+},{\bar {\nu }}_{\tau }$$\tau ^{+},{\bar {\nu }}_{{\tau }}$
$L_{e}$$L_{e}$	1	−1	0	0	0	0
$L_{\mu }$$L_{{\mu }}$	0	0	1	−1	0	0
$L_{\tau }$$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.

Voci correlate

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

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.
• Leptone, in Tesauro del Nuovo soggettario, BNCF, marzo 2013.

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