타우 입자

위키백과, 우리 모두의 백과사전.
이동: 둘러보기, 검색
타우
구성 기본입자
통계 페르미온
무리 렙톤
세대 3 세대
반입자 반타우 입자
발견 마틴 펄
기호 τ
질량 3.167 47×10−27 kg[1]
1.907 49 u[1]
1776.82(16) MeV/c2[2][1]
평균 수명 0.2906(10) ps[2]
전하 −1 e
스핀 1/2

입자물리학에서, 타우 입자(영어: tau lepton, tauon)는 제3세대렙톤이다. 음의 전하를 지니며, 질량이 1.78 GeV/c2렙톤 가운데 가장 무겁다. 이는 양성자의 거의 두 배의 질량이다. 타우 입자의 반입자는 반타우 입자이며, 같은 세대의 중성미자타우 중성미자이다.

분류[편집]

타우 입자는 제3세대렙톤이다. 반면, 전자는 1세대 렙톤이며, 뮤온은 2세대 렙톤이다. 전자나 뮤온과 같이 타우 입자는 점처럼 보인다. 즉 어떠한 구조도 보이지 않으며, 있다고 해도 10−18 미터 이하일 것이라는 것이다. 또한 전자와 뮤온과 같이 타우 입자는 1/2의 스핀을 지니고 있다. 타우 입자 및 반타우 입자는 각각 전자 및 양전자와 동일한 전하량을 지닌다.

붕괴[편집]

타우 입자는 강입자로 붕괴하는 유일한 렙톤이다. 다른 렙톤은 붕괴에 필요한 충분한 질량을 가지고 있지 않다. 타우 입자 및 강입자의 붕괴과정은 약한 상호작용에 의해 일어난다. 타우 입자의 평균 수명은 약 0.3 피코초이다.

특수한 경우를 제외하고는 렙톤 수가 세대별로 보존되므로, 타우 입자가 뮤온 및 전자로 붕괴하는 과정에서 타우 중성미자가 생성된다.

타우 입자가 전자와 중성미자로 붕괴하는 갈래비는 약 18%이며, 뮤온 및 중성미자로 붕괴하는 비율 역시 비슷하다. 반면 하드론으로 붕괴하는 비율은 64%이다.

발견[편집]

타우 입자는 1974년1977년 사이에 SLAC-LBL마틴 루이스 펄 연구진이 발견하였다.[3] SLAC은 SPEAR이라는 전자 및 양전자 충돌 장비를 보유했으며, LBL은 자기 관측기를 보유하고 있었다. 기기를 이용하여, 렙톤, 하드론, 광자를 서로 구분하는 것이 가능했다. 연구진은 타우 입자를 직접 관측하지는 못하였지만, 다음과 같은 이상한 과정을 관측하였다.

e^+ + e^- \rightarrow e^{\pm} + \mu^{\mp} + 관측되지 않은 입자

처음의 에너지가 마지막까지 보존되지 않는다는 점에 미루어 관측되지 않은 입자가 있다는 것을 알 수 있었다. 하지만, 뮤온이나 전자, 혹은 하드론이나 광자등은 관측할 수 없었다. 후에 이러한 현상은 새로운 입자의 생성 및 붕괴를 중간 과정으로 거친다고 다음과 같이 제안되었다.

e^+ + e^- \rightarrow \tau^+ + \tau^- \rightarrow e^{\pm} + \mu^{\mp} + 4 \nu

이후 DESY-Heidelberg와 DELCO에서의 연구가 타우 입자의 질량 및 스핀을 측정하였다.

1995년 마틴 루이스 펄프레더릭 라이너스는 각각 타우 입자와 타우 중성미자를 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상하였다.[4]

같이 보기[편집]

바깥 고리[편집]

참고 문헌[편집]

  1. Mohr, Peter J., Barry N. Taylor, David B. Newell (2010년 11월 13일). CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2010. 《Reviews of Modern Physics》 84 (4): 1527–1605. arXiv:1203.5425. doi:10.1103/RevModPhys.84.1527. Bibcode2012RvMP...84.1527M.
  2. Beringer, J., et al. (2012년). Review of Particle Physics. 《Phys. Rev. D》 86: 010001. doi:10.1103/PhysRevD.86.010001.
  3. Perl, M. L., G. S. Abrams, A. M. Boyarski, M. Breidenbach, D. D. Briggs, F. Bulos, W. Chinowsky, J. T. Dakin, G. J. Feldman, C. E. Friedberg, D. Fryberger, G. Goldhaber, G. Hanson, F. B. Heile, B. Jean-Marie, J. A. Kadyk, R. R. Larsen, A. M. Litke, D. Lüke, B. A. Lulu, V. Lüth, D. Lyon, C. C. Morehouse, J. M. Paterson, F. M. Pierre, T. P. Pun, P. A. Rapidis, B. Richter, B. Sadoulet, R. F. Schwitters, W. Tanenbaum, G. H. Trilling, F. Vannucci, J. S. Whitaker, F. C. Winkelmann, J. E. Wiss (1975년). Evidence for Anomalous Lepton Production in e+-e- Annihilation. 《Physical Review Letters》 35 (22): 1489–1492. doi:10.1103/PhysRevLett.35.1489.
  4. 1995년 노벨 물리학상