타우온

위키백과 ― 우리 모두의 백과사전.

타우온은 음전하를 지닌 기본입자로 렙톤의 한 종류이다. 수명은 3×10⁻¹³ 초이며, 질량은 1,777 MeV로 매우 높다. 이에 반해, 양성자는 939 MeV이며, 전자는 0.511 MeV 밖에 되지 않는다. 타우온은 반입자로 반타우온을 가지며, 중성미자로 타우온 중성미자를 가진다.

[편집] 분류

타우온은 3세대의 렙톤이다. 반면, 전자는 1세대 렙톤이며, 뮤온은 2세대 렙톤이다. 전자나 뮤온과 같이 타우온은 점처럼 보인다. 즉 어떠한 구조도 보이지 않으며, 있다고 해도 10⁻¹⁸ 미터 이하일 것이라는 것이다. 또한 전자와 뮤온과 같이 타우온은 1/2의 스핀을 지니고 있다. 타우온 및 반타우온은 각각 전자 및 양전자와 동일한 전하량을 지닌다.

[편집] 붕괴

타우온은 하드론으로 붕괴하는 유일한 렙톤이다. 다른 렙톤은 붕괴에 필요한 충분한 질량을 가지고 있지 않다. 타우온 및 하드론의 붕괴과정은 약한 상호작용에 의해 일어난다.

렙톤 수가 유지되므로(중성미자 진동등을 제외하고), 타우온이 뮤온 및 전자로 붕괴하는 과정에서 타우온 중성미자가 생성된다.

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

[편집] 발견

타우온은 1974년과 1977년 사이에 SLAC-LBL의 마틴 펄 연구진이 진행한 실험에 의해 발견되었다. SLAC은 SPEAR이라는 전자 및 양전자 충돌 장비를 보유했으며, LBL은 자기 관측기를 보유하고 있었다. 기기를 이용하여, 렙톤, 하드론, 광자를 서로 구분하는 것이 가능했다. 연구진은 타우온을 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 중간과정으로 가진다고 다음과 같이 제안되었다.

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

이후 DESY-Heidelberg와 DELCO에서의 연구가 타우온의 질량 및 스핀을 측정하였다.

1995년 마틴 펄과 프레더릭 라이너스는 각각 타우온과 중성미자를 발견한 공로로 노벨 물리학상을 수상하였다.

[편집] 같이 보기

입자 목록

[편집] 외부 고리

[편집] 참고 문헌

M. L. Perl et al, "Evidence for Anomalous Lepton Production in e⁺-e^- Annihilation" Phys. Rev. Lett., 35, 1489 (1975)

물리학의 기본입자
페르미온	쿼크: 위 \| 아래 \| 야릇한 \| 맵시 \| 바닥 \| 꼭대기
페르미온	렙톤: 전자 \| 뮤온 \| 타우온 \| 중성미자
게이지 보존	광자 \| W 보존 \| Z 보존 \| 글루온
미관측 입자	힉스 보존 \| 중력자 \| 기타 가설 입자