Tauon

Das Tauon, auch τ-Lepton, Tau-Lepton oder τ-Teilchen, ist das schwerste der drei geladenen Leptonen des Standardmodells der Elementarteilchen. Seine Masse beträgt 1777 MeV/c² und damit etwa das 3500fache der Masse seines leichten Schwesterteilchens, des Elektrons. Seine mittlere Lebensdauer beträgt etwa 0,29 Pikosekunden, es ist damit deutlich instabiler als ein Myon.

Name und Entdeckung

Der Name Tauon, bzw. der Buchstabe τ, wurde nach dem griechischen Wort für Drittes (τρίτον, tríton) gewählt, weil das τ-Lepton das dritte geladene elektronenartige Teilchen ist. Es wurde im Jahre 1975 von Martin L. Perl und seinen Mitarbeitern am SLAC bei Elektron-Positron-Kollisionen im SPEAR-Ring entdeckt. Insbesondere für diese Entdeckung erhielt Perl im Jahre 1995 den Nobelpreis für Physik.

Zerfall

Feynman-Diagramm der häufigsten Zerfallskanäle, wobei ${\pi }^{-}\equiv (d,\overline{u})$ gilt

Das τ-Lepton kann sowohl in die leichteren Leptonen zerfallen

$\begin{array}{cccc}{\tau }^{-}& \to & e^{-}+{\overline{\nu }}_e+{\nu }_{\tau }& (17,82\pm 0,04)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & {\mu }^{-}+{\overline{\nu }}_{\mu }+{\nu }_{\tau }& (17,39\pm 0,04)\mathrm{\%}\end{array}$

als auch in verschiedene Hadronen, z. B. Pionen oder Kaonen. Hier eine Auswahl der zahlreichen Zerfallskanäle:

$\begin{array}{cccc}{\tau }^{-}& \to & {\pi }^{-}+{\pi }^0+{\nu }_{\tau }& (25,49\pm 0,09)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & {\pi }^{-}+{\nu }_{\tau }& (10,82\pm 0,05)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & 2{\pi }^{-}+{\pi }^{+}+{\nu }_{\tau }& (9,31\pm 0,05)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & {\pi }^{-}+2{\pi }^0+{\nu }_{\tau }& (9,26\pm 0,10)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & 2{\pi }^{-}+{\pi }^{+}+{\pi }^0+{\nu }_{\tau }& (4,62\pm 0,05)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & K^{*}(892{)}^{-}+{\nu }_{\tau }& (1,20\pm 0,07)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & {\pi }^{-}+3{\pi }^0+{\nu }_{\tau }& (1,04\pm 0,07)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & {\pi }^{-}+{\overline{K}}^0+{\nu }_{\tau }& (0,840\pm 0,014)\mathrm{\%}\\ {\tau }^{-}& \to & K^{-}+{\nu }_{\tau }& (0,696\pm 0,010)\mathrm{\%}\end{array}$

Die Quarkzusammensetzung der am häufigsten beteiligten Mesonen lautet:

$\begin{array}{ccc}|{\pi }^{-}⟩& =& |d\overline{u}⟩\\ |{\pi }^0⟩& =& (|u\overline{u}⟩-|d\overline{d}⟩)/\sqrt{2}\\ |K^{-}⟩& =& |s\overline{u}⟩\\ |{\overline{K}}^0⟩& =& |s\overline{d}⟩\end{array}$

Diese Mesonen sind pseudoskalare Mesonen mit Gesamtspin 0 und ungerader Parität $J^P=0^{-}$. Es können auch Vektormesonen mit Gesamtspin 1 und ungerader Parität $J^P=1^{-}$ entstehen, so z. B. das $K^{*}(892{)}^{-}$:

$\begin{array}{ccc}|{\overline{K}}^{*}(892{)}^{-}⟩& =& |s\overline{u}⟩\end{array}$