تاوون

تاوون
التكوين	جسيمات أولية
العائلة	فرميون
المجموعة	ليبتون
الجيل	الثالث
التفاعل	كهرومغناطيسية وتآثر ضعيف و جاذبية
جسيم مضاد	تاوون مضاد( τ^+ )
المكتشف	مارتن بيرل (1975)[1][2]
الكتلة	1776.84±0.17 MeV/c^2
متوسط العمر	2.906(10)×10^−13 s
الشحنة الكهربائية	-e
شحنة لونية	ليس له
الدوران	^1⁄2
تعديل مصدري - تعديل

التاوون (من الحرف اليوناني تاو (τ) المستعمل لتمثيله) والمعروف أيضا باسم تاو أو جسيم تاو أو ليبتون تاو: هو جسيم أولي مشابه للإلكترون بشحنة كهربائية سالبة ودوران مغزلي ¹⁄₂. يبلغ نصف العمر له 2.906(10)×10⁻¹³ ثانية . ينضم التاوون بالإضافة إلى للإلكترون والميوون والنيوترينوات الثلاثة في عائلة الليبتون. فعائلة اللبتونات تضم الجسيمات الخفيفة من الجسيمات الأولية أو يكون عمر النصف لها قصير جدا .

مثل جميع الجسيمات الأولية هناك جسيم مضاد للتاوون يحمل شحنة موجبة لكن كتلتة ودورانه المغزلي Spin مماثلين لـ كاون K، وهو يسمى التاوون المضاد (أو التاوون الموجب). يرمز للتاوون بالرمز
τ⁻
والتاوون المضاد بالرمز
τ⁺
.

يبلغ متوسط عمر التاوون 2.9×10⁻¹³ s وكتلته 1777 MeV/c² (للمقارنة كتلة الميوون هي105.7 MeV/c² وكتلة الإلكترون 0.511 MeV/c² ) . ونظرا لأن تفاعلاتهم متماثلة جدا لتفاعلات الإلكترون ، فإن جسيم تاو لا يطلق اشعاعا مثل مايطلقه الإلكترون من أشعة انكباح Bremsstrahlung ; بالتالي فهو جسيم شديد النفاذية ، أكثر كثيرا من الإلكترون. أما كتلة البروتون فهي بمقياس الطاقة تعادل 938 MeV/c² ؛ أي أن التاوون يعتبر ضعف كتلة البروتون ولكن عمره قصير جدا جدا.

بما أن تفاعلات التاوون مشابهة جدا لتفاعلات الإلكترون، لا يمكن التفريق بينهما إلا بكتلة التاوون الأثقل بكثير من كتلة الإلكترون. وبسبب هذه الكتلة الكبيرة فإن التاوون لا يصدر أشعة انكباح كالإلكترون ، لذا فله قابلية اختراق أكبر من الإلكترون. ومع ذلك ، بسبب عمره القصير جدا ، يتم تعيين التاوون بشكل رئيسي بطول زمن اضمحلاله، الذي هو صغير جدا يصعب مشاهدته في أشعة الانكباح . قوة اختراقه تظهر فقط في طاقات عالية (أكثر من طاقات پيتاالإلكترون فولت وبواسطتها تم تعيين عمر النصف له.).^[3]

وبسبب عمر النصف القصير جدا جدا له فإن مدى جسيمات تاو يحدد على أساس مدة اضمحلالهم ، التي هي قصيرة جدا لكي تلاحط عن طريق أشعة الإنكباح. وتظهر قدرتهم الكبيرة على الإختراق فقط في السرعات العالية جدا ، حيث يعمل تمدد الزمن على إطالة مسارهم .^[4] وكما هو الحال مع الجسيمات الأولية اللبتونات فإن تاو له تاو نيوترينو مرافق ${\displaystyle \nu _{\tau }}$.

تسميته واكتشافه

أعطي للتاوون الرمز τ وهو عن اليونانية ومعناها τρίτον, tríton أي «الثالث» ، ذلك لأن جسيم ليبتون-τ هو ثالث جسيم مشحون كهربيا مماثلا للإلكترون يكتشفه العلماء. .^[5] اكتشفه الفيزيائي مارتن بيرل وزملائه عندما كانوا يجربون اصطدام الإلكترون المسرع بالبوزيترون المسرع في معجل جسيمات ستانفورد في عام 1975 . ومع أن كلا من الإلكترون والبوزيترون تبلغ كتلته 51و0 مليون إلكترون فولط/ مربع سرعة الضوء ( وتكتب الإنجليزية 51و0 MeV/c2) في حالة السكون ، إلا أن تسريعهما إلى سرعة مقاربة لسرعة الضوء في المعجل أكسبتهما طاقة حركة كبيرة جدا جدا تكفي لأن ينتجا عند اصطدامهما رأسيا جسيما كتلته آلاف أضعاف كتلتيهما حيث تتحول طاقة حركتهما إلى مادة ، وبهذا ينشأ التاوون . هذا متفق تماما مع قانون أينشتين عن تكافؤ الطاقة والكتلة .^[6] تبلغ كتلة السكون للتاوون 1777 MeV/c2 ، أي نحو ألفي ضعف مجموع كتلتي السكون للإلكترون والبوزيترون ، وهذا مثال حي من الفيزياء يبين كيف يولد طفل أكبر كثيرا من آبائه.

حاز بيرل في عام 1995 على جائزة نوبل للفيزياء لاكتشافه جسيم التاوون.

تحلل التاوون

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

يتحلل التاوون τ بعد نشأته سريعا جدا جدا ، وهو يتحلل بصفة ريئسية إلى لبتونات خفيفة طبقا للمعادلتين :

${\displaystyle \tau ^{-}\to e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}+\nu _{\tau }\quad (17{,}83\pm 0{,}04)\,\%}$

${\displaystyle \tau ^{-}\to \mu ^{-}+{\bar {\nu }}_{\mu }+\nu _{\tau }\quad (17{,}41\pm 0{,}04)\,\%}$

احتمال تحلله بهاتين الطريقتين تبلغان 8و17% و 4و17%.

كما يتحلل بطرق أخرى إلى جسيمات أثقل (هادرونات) ، مثل بيون أو كاون. المعادلات التالية تؤتي ببعض تلك الطرق (وتسمى أحيانا قنوات تحلل أو قنوات اضمحلال) ونسب احتمال حدوثها

^[7]

${\displaystyle \tau ^{-}\to \pi ^{-}+\pi ^{0}+\nu _{\tau }\quad (25{,}52\pm 0{,}09)\,\%}$

${\displaystyle \tau ^{-}\to \pi ^{-}+\nu _{\tau }\quad (10{,}83\pm 0{,}06)\,\%}$

${\displaystyle \tau ^{-}\to 2\pi ^{-}+\pi ^{+}+\nu _{\tau }\quad (9{,}31\pm 0{,}06)\,\%}$

${\displaystyle \tau ^{-}\to \pi ^{-}+2\pi ^{0}+\nu _{\tau }\quad (9{,}30\pm 0{,}11)\,\%}$

${\displaystyle \tau ^{-}\to 2\pi ^{-}+\pi ^{+}+\pi ^{0}+\nu _{\tau }\quad (4{,}62\pm 0{,}06)\,\%}$

احتمال تحلله بقناة معينة مكتوبة بين أقواس طبقا لنسبتها المئوية للحدوث. وتوجد قنوات أخرى يتحلل بواسطها ولكن احتمال حدوثها أقل من 1%.

انظر أيضا

• ميوون
• كاون
• قائمة الجسيمات

مراجع

1. L.B. Okun (1980). Quarks and Leptons. V.I. Kisin (trans.). إلزيفير. ص. 103. ISBN:0-444-86294-7. {{استشهاد بكتاب}}: تأكد من صحة |isbn= القيمة: checksum (مساعدة)
2. Perl، M. L.؛ Abrams، G.؛ Boyarski، A.؛ Breidenbach، M.؛ Briggs، D.؛ Bulos، F.؛ Chinowsky، W.؛ Dakin، J.؛ وآخرون (1975). "Evidence for Anomalous Lepton Production in
   e⁺
   
   e⁻
   Annihilation". Physical Review Letters. ج. 35 ع. 22: 1489. Bibcode:1975PhRvL..35.1489P. DOI:10.1103/PhysRevLett.35.1489.
3. D. Fargion, P.G. De Sanctis Lucentini, M. De Santis, M. Grossi (2004). "Tau Air Showers from Earth". المجلة الفيزيائية الفلكية. ج. 613 ع. 2: 1285. Bibcode:2004ApJ...613.1285F. DOI:10.1086/423124. أرشيف خي:hep-ph/0305128.
4. D. Fargion؛ P.G. de Sanctis Lucentini؛ M. de Santis؛ M. Grossi (2004). "Tau air showers from Earth". المجلة الفيزيائية الفلكية. ج. 613 ع. 2: 1285–1301. arXiv:hep-ph/0305128. Bibcode:2004ApJ...613.1285F. DOI:10.1086/423124.
5. Martin L. Perl: Evidence for, and properties of, the new charged heavy lepton. In: Tran Thanh Van (Hrsg.): Proceedings of the XII Rencontre de Moriond. 1977. (SLAC-PUB-1923, PDF). نسخة محفوظة 22 أغسطس 2017 على موقع واي باك مشين.
6. M. L. Perl؛ وآخرون (1975). "Evidence for Anomalous Lepton Production in e+-e- Annihilation". Physical Review Letters. ج. 35 ع. 22: 1489–1492. DOI:10.1103/PhysRevLett.35.1489. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |مؤلف= (مساعدة)
7. J. Beringer et al. (Particle Data Group) (2012). "Review of Particle Physics". فيزيكال ريفيو. ج. 86 ع. 1: 581–651. Bibcode:2012PhRvD..86a0001B. DOI:10.1103/PhysRevD.86.010001. مؤرشف من الأصل في 2019-12-14. {{استشهاد بدورية محكمة}}: |archive-date= / |archive-url= timestamp mismatch (مساعدة) والوسيط |الفصل= تم تجاهله (مساعدة)

• C. Amsler؛ وآخرون (2008). "Review of Particle Physics". Physics Letters B. ج. 667: 1. DOI:10.1016/j.physletb.2008.07.018. مؤرشف من الأصل في 2019-12-11. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Explicit use of et al. in: |مؤلف= (مساعدة)

وصلات خارجية

• Nobel Prize in Physics 1995
• Perl's logbook showing tauon discovery
• A Tale of Three Papers gives the covers of the three original papers announcing the discovery.