タウ（粒子）

タウ

構成	素粒子
統計	フェルミオン
家族	レプトン
世代	三番目
インタラクション	重力、電磁力、弱い
シンボル	τ−
反粒子	アンティタウ（ τ+ ）
発見した	マーティン・ルイス・パール 他（1975）[1] [2]
質量	3.167 54 (21) × 10 −27  kg ‍ [ 3] 1 776 .86(12) MeV/ c 2 ‍ [ 4] [5]
平均寿命	2.903(5) × 10 −13 秒[5]
電荷	−1e [5 ]
カラーチャージ	なし
スピン	⁠1/2⁠  ħ [5]
弱いアイソスピン	左: − ⁠1/2⁠、RH :0
弱い超電荷	左: −1、右: −2

タウ（τ）は、タウレプトン、タウ粒子、タウオン、タウ電子とも呼ばれ、電子に似た素粒子で、負の電荷とスピンを持ちます。1/2⁠。電子、ミューオン、3つのニュートリノと同様に、タウはレプトンであり、半整数スピンを持つすべての素粒子と同様に、タウには反対の電荷を持ち、質量とスピンが等しい反粒子があります。タウの場合、これは「反タウ」（正のタウとも呼ばれます）です。タウ粒子は記号で表されます
τ⁻
そしてアンティタウスは 
τ⁺
。

タウレプトンの寿命は2.9 × 10 ⁻¹³  sおよび質量​1 776 .9 MeV / c ²（比較するとミューオンの場合は105.66 MeV / c ^{2 、}タウ粒子の質量は電子の場合0.511 MeV / c ^{2 です}。相互作用は電子の場合と非常に似ているため、タウ粒子は電子のより重いバージョンと考えることができます。質量が大きいため、タウ粒子は電子ほど多くの制動放射線を放出しません。その結果、タウ粒子は電子よりもはるかに高い透過性を持つ可能性があります。

タウの寿命は短いため、その範囲は主に崩壊長によって決まり、制動放射線が感知できないほど短い。その透過力は、時間の遅れによって非常に短い経路長が延長される超高速および超高エネルギー（ペタ電子ボルト以上のエネルギー）でのみ現れる。 ^[6]

他の荷電レプトンの場合と同様に、タウは関連するタウニュートリノを持ち、 
ν
_τ。

タウの探索は1960年にアントニーノ・ジチチ率いるボローニャ-CERN-フラスカティ（BCF）グループによってCERNで開始された。ジチチは現在タウと呼ばれている新しい連続重レプトンのアイデアを考案し、探索方法を発明した。彼は1969年に加速器が稼働し始めたADONE施設で実験を行ったが、彼が使用した加速器にはタウ粒子を探索するのに十分なエネルギーがなかった。^{[7] [8] [9]}

タウは、1971年にYung-su Tsaiによって論文で独立に予測されていました。^[10]この発見の理論を提供するタウは、1974年から1977年にかけて、スタンフォード線形加速器センター（SLAC）とローレンスバークレー国立研究所（LBL）グループのマーティンルイスパールとツァイの同僚による一連の実験で検出されました。 ^[1]彼らの装置は、SLACの当時新しい電子-陽電子衝突リングであるSPEARとLBL磁気検出器で構成されていました。それらは、レプトン、ハドロン、光子を検出して区別することができました。彼らはタウを直接検出したのではなく、異常なイベントを発見しました。

「我々は64のイベントを発見した。

e⁺
+
e⁻
→
e^±
+
μ^∓
+ 少なくとも2つの未検出粒子

従来の説明では説明できない。」

少なくとも 2 つの未検出粒子が必要であることは、1 つの粒子だけではエネルギーと運動量を保存できないことから明らかです。ただし、他のミューオン、電子、光子、ハドロンなどは検出されませんでした。このイベントは、新しい粒子ペアの生成とそれに続く崩壊であると提案されました。

e⁺
+
e⁻
→
τ⁺
+
τ⁻
→
e^±
+
μ^∓
+ 4
ν

これを検証するのは困難だった。なぜなら、
τ⁺

τ⁻
対はD中間子生成の閾値とほぼ同じである。タウの質量とスピンは、その後ハンブルクDESYのダブルアーム分光計（DASP）とスタンフォードSLACのSPEAR直接電子カウンター（DELCO）による研究によって確立された。

記号τはギリシャ語のτρίτον（英語で「3番目」を意味するtriton）に由来しており、3番目に発見された荷電レプトンであったためである。^[11]

マーティン・ルイス・パール氏は、ニュートリノの実験的発見により、フレデリック・ライネス氏とともに1995年のノーベル物理学賞を共同受賞した。

タウはハドロンに崩壊できる唯一のレプトンである。他のレプトンの質量は小さすぎる。タウのレプトン崩壊モードと同様に、ハドロンの崩壊は弱い相互作用によって起こる。^{[12] [a]}

支配的なハドロンタウ崩壊の分岐比は以下の通りである: [ 5 ^]

• 荷電パイ中間子、中性パイ中間子、タウニュートリノへの崩壊の場合は25.49%
• 荷電パイ中間子とタウニュートリノへの崩壊の場合は 10.82%
• 荷電パイ中間子、2つの中性パイ中間子、およびタウニュートリノへの崩壊の場合は9.26%
• 3 つの荷電パイオン（そのうち 2 つは同じ電荷を持つ）と 1 つのタウニュートリノに崩壊する場合は 8.99%
• 3 つの荷電パイオン（そのうち 2 つは同じ電荷を持つ）、1 つの中性パイオン、およびタウニュートリノへの崩壊の場合は 2.74%
• 3 つの中性パイ中間子、1 つの荷電パイ中間子、および 1 つのタウニュートリノへの崩壊の場合、1.04% です。

合計すると、タウレプトンはおよそ 64.79% の割合でハドロン崩壊します。

一般的な純粋にレプトン的なタウ崩壊の分岐比は以下の通りである: [ 5 ^]

• タウニュートリノ、電子、電子反ニュートリノへの崩壊の場合は 17.82%
• タウニュートリノ、ミューオン、ミューオン反ニュートリノへの崩壊の場合は 17.39% です。

2 つの分岐比の値の類似性は、レプトン普遍性の結果です。

タウレプトンは、他の荷電亜原子粒子と同様に、エキゾチックな原子を形成すると予測されています。そのようなエキゾチックな原子の 1 つは、反タウと電子で構成されています。
τ⁺

e⁻
タウオニウムと呼ばれる。^[要出典]

もう一つはオニウム原子である
τ⁺

τ⁻
ジタウオニウムまたは真性タウオニウムと呼ばれるこの粒子は、2つの（反対の符号の）短寿命タウレプトンから生成するのが難しいため、検出が困難です。^{[13]その実験的検出は}、量子電磁力学 の興味深いテストとなるでしょう。^[14]

• フレーバー（素粒子物理学）
• 世代（素粒子物理学）
• 小出式
• レプトン

無料辞書のウィクショナリーで「タウ」、「タウ レプトン」、または「タウオン」を調べてください。

• 「1995年ノーベル物理学賞」。nobelprize.org。
• 「タウの発見を示す Perl のログブック」。symmetrymag.org。2004年11 月。
• 「3 つの論文の物語」(PDF )。slac.stanford.edu 。— 発見を発表した 3 つのオリジナル論文の表紙を示します。