Lepton

Lepton ⓘ
	Leptonlar beta bozunumu gibi çeşitli süreçlerde yer alırlar.
Kompozisyon	Temel parçacık
İstatistikler	Fermiyonik
Nesil	1., 2., 3.
Etkileşimler	Elektromanyetizma, Kütle Çekimi, Zayıf
Sembol	; ℓ;
Antiparçacık	Antilepton (; ℓ; )
Türleri	6 (elektron, elektron nötrinosu, müon, müon nötrinosu, tau, tau nötrinosu)
Elektrik yükü	+1 e, 0 e, -1 e
Renk şarjı	Hayır
Spin	1⁄2

Maddenin Nesilleri ⓘ
Fermiyon kategorileri		Temel parçacık üretimi
Tip	Alt tip	Birinci	İkinci	Üçüncü
Kuarklar (renkli)	aşağı tip	aşağı	garip	alt
Kuarklar (renkli)	yukarı tip	yukarı	çekicilik	üst
Leptonlar (renksiz)	suçlandı	elektron	muon	tauon
Leptonlar (renksiz)	nötr	elektron nötrino	müon nötrino	tau nötrino

Parçacık fiziğinde bir lepton, güçlü etkileşimlere girmeyen yarım tamsayı spinli (spin 1⁄2) temel bir parçacıktır. İki ana lepton sınıfı mevcuttur: yüklü leptonlar (elektron benzeri leptonlar veya müonlar olarak da bilinir) ve nötr leptonlar (daha çok nötrinolar olarak bilinir). Yüklü leptonlar diğer parçacıklarla birleşerek atom ve pozitronyum gibi çeşitli bileşik parçacıklar oluşturabilirken, nötrinolar nadiren herhangi bir şeyle etkileşime girer ve sonuç olarak nadiren gözlemlenir. Tüm leptonlar arasında en iyi bilineni elektrondur. ⓘ

Üç nesil olarak gruplandırılmış, flavor olarak bilinen altı tip lepton vardır. Elektronik leptonlar olarak da adlandırılan birinci nesil leptonlar elektronu (
e-
) ve elektron nötrinosu (
ν
e); ikincisi müonik leptonlardır ve müon (
μ⁻
) ve müon nötrinosu (
ν
_μ); ve üçüncüsü tauonik leptonlar olup, tau (
τ⁻
) ve tau nötrinosu (
ν
_τ). Elektronlar tüm yüklü leptonlar arasında en az kütleye sahip olanlardır. Daha ağır olan müonlar ve taular, parçacık bozunumu süreciyle hızla elektronlara ve nötrinolara dönüşecektir: daha yüksek kütleli bir durumdan daha düşük kütleli bir duruma dönüşüm. Bu nedenle elektronlar kararlıdır ve evrendeki en yaygın yüklü lepton iken, müonlar ve taular yalnızca yüksek enerjili çarpışmalarda (kozmik ışınları içeren ve parçacık hızlandırıcılarında gerçekleştirilenler gibi) üretilebilir. ⓘ

Leptonlar elektrik yükü, spin ve kütle gibi çeşitli içsel özelliklere sahiptir. Ancak kuarklardan farklı olarak leptonlar güçlü etkileşime tabi değildir, ancak diğer üç temel etkileşime tabidirler: yerçekimi, zayıf etkileşim ve elektromanyetizma, bunlardan ikincisi yükle orantılıdır ve bu nedenle elektriksel olarak nötr nötrinolar için sıfırdır. ⓘ

Her lepton çeşidi için, antilepton olarak bilinen ve leptondan yalnızca bazı özelliklerinin eşit büyüklükte ancak zıt işaretli olmasıyla farklılık gösteren karşılık gelen bir antiparçacık türü vardır. Bazı teorilere göre, nötrinolar kendi antiparçacıkları olabilirler. Şu anda durumun böyle olup olmadığı bilinmemektedir. ⓘ

İlk yüklü lepton olan elektron, 19. yüzyılın ortalarında birkaç bilim insanı tarafından teorileştirilmiş ve 1897 yılında J. J. Thomson tarafından keşfedilmiştir. Gözlemlenen bir sonraki lepton, 1936 yılında Carl D. Anderson tarafından keşfedilen ve o zamanlar mezon olarak sınıflandırılan müondur. Araştırmalardan sonra, müonun bir mezonun beklenen özelliklerine sahip olmadığı, daha ziyade bir elektron gibi davrandığı, sadece daha yüksek kütleye sahip olduğu anlaşıldı. Bir parçacık ailesi olarak "lepton" kavramının ortaya atılması 1947 yılına kadar sürdü. İlk nötrino olan elektron nötrinosu, 1930 yılında Wolfgang Pauli tarafından beta bozunumunun belirli özelliklerini açıklamak için önerilmiştir. İlk olarak 1956 yılında Clyde Cowan ve Frederick Reines tarafından yürütülen Cowan-Reines nötrino deneyinde gözlemlenmiştir. Müon nötrinosu 1962 yılında Leon M. Lederman, Melvin Schwartz ve Jack Steinberger tarafından, tau ise 1974-1977 yılları arasında Martin Lewis Perl ve Stanford Lineer Hızlandırıcı Merkezi ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndaki meslektaşları tarafından keşfedilmiştir. Tau nötrinosu, Fermilab'dan DONUT işbirliğinin keşfini duyurduğu Temmuz 2000'e kadar bulunması zor olarak kaldı. ⓘ

Leptonlar Standart Model'in önemli bir parçasıdır. Elektronlar, proton ve nötronlarla birlikte atomların bileşenlerinden biridir. Elektron yerine müon ve taus içeren egzotik atomların yanı sıra pozitronyum gibi lepton-antilepton parçacıkları da sentezlenebilir. ⓘ

Etimoloji

Lepton adı Yunanca λεπτός leptós, "ince, küçük, ince" (nötr nominatif/akuzatif tekil form: λεπτόν leptón) sözcüğünden gelir; sözcüğün en eski kanıtlanmış formu Linear B hece yazısıyla yazılmış Miken Yunancası 𐀩𐀡𐀵, re-po-to'dur. Lepton ilk olarak 1948 yılında fizikçi Léon Rosenfeld tarafından kullanılmıştır:

Profesör C. Møller'in önerisi üzerine, küçük kütleli bir parçacığı belirtmek için "nükleon "a ek olarak "lepton" (λεπτός, küçük, ince, narin) adını benimsedim. ⓘ

Rosenfeld bu ismi seçti çünkü o dönemde bilinen tek lepton kütleleri nükleonlara kıyasla küçük olan elektronlar ve müonlardı - bir elektronun kütlesi (0.511 MeV/c²) ve bir müonun kütlesi (105.7 MeV/c² değeriyle) "ağır" protonun kütlesinin (938.3 MeV/c²) kesirleridir. Bununla birlikte, tau'nun kütlesi (1970'lerin ortalarında keşfedilmiştir) (1777 MeV/c²) protonunkinin neredeyse iki katı ve elektronunkinin yaklaşık 3.500 katıdır. ⓘ

Lepton ismi 'ufak, küçük şey' anlamına gelen Yunanca "λεπτόν" (lepton)(cinsiyetsiz hali "λεπτός" (leptos)) kelimesinden gelmektedir. Lepton ilk olarak 1948'de fizikçi Léon Rosenfeld tarafından kullanılmıştır. ⓘ

Tarihçe

Bir müon, bir müon nötrinosu yayarak bir müon nötrinosuna dönüşür.
W-
Bozon. Bu da
W-
bozon daha sonra bir elektron ve bir elektron antinötrinosuna bozunur. ⓘ

Lepton isimlendirmesi ⓘ
Parçacık adı	Antiparçacık adı
Elektron	Antielektron Pozitron
Elektron nötrino	Elektron antinötrino
Muon Mu lepton Mu	Antimuon Antimu lepton Antimu
Müon nötrino Muonik nötrino Mu nötrino	Müon antinötrino Muonik antinötrino Mu antinötrino
Tauon Tau lepton Tau	Antitauon Antitau lepton Antitau
Tauon nötrino Tauonik nötrino Tau nötrino	Tauon antinötrino Tauonik antinötrino Tau antinötrino

Tanımlanan ilk lepton, J.J. Thomson ve İngiliz fizikçilerden oluşan ekibi tarafından 1897 yılında keşfedilen elektrondu. Daha sonra 1930'da Wolfgang Pauli, beta bozunumunda enerjinin korunumu, momentumun korunumu ve açısal momentumun korunumunu korumak için elektron nötrinosunu varsaydı. Pauli, tespit edilmemiş bir parçacığın, ilk ve gözlenen son parçacıkların enerji, momentum ve açısal momentumları arasındaki farkı taşıdığını teorize etti. Elektron nötrinosu basitçe nötrino olarak adlandırıldı, çünkü nötrinoların farklı tatlarda (ya da farklı "nesillerde") olduğu henüz bilinmiyordu. ⓘ

Elektronun keşfinden yaklaşık 40 yıl sonra, müon 1936 yılında Carl D. Anderson tarafından keşfedildi. Kütlesi nedeniyle başlangıçta bir leptondan ziyade bir mezon olarak kategorize edildi. Daha sonra müonun elektrona mezonlardan çok daha fazla benzediği, çünkü müonların güçlü etkileşime girmediği anlaşıldı ve böylece müon yeniden sınıflandırıldı: elektronlar, müonlar ve (elektron) nötrino yeni bir parçacık grubu olan leptonlar olarak gruplandırıldı. 1962'de Leon M. Lederman, Melvin Schwartz ve Jack Steinberger, ilk olarak müon nötrinosunun etkileşimlerini tespit ederek birden fazla nötrino türünün var olduğunu gösterdiler ve bu onlara 1988 Nobel Ödülünü kazandırdı, ancak o zamana kadar nötrinonun farklı türleri zaten teorileştirilmişti. ⓘ

Tau ilk olarak 1974-1977 yılları arasında Martin Lewis Perl ve SLAC LBL grubundaki meslektaşları tarafından bir dizi deneyde tespit edilmiştir. Elektron ve müon gibi onun da ilişkili bir nötrinoya sahip olması bekleniyordu. Tau nötrinoları için ilk kanıt, elektron nötrinosunun keşfine yol açan beta bozunumundaki "kayıp" enerji ve momentuma benzer şekilde, tau bozunumundaki "kayıp" enerji ve momentumun gözlemlenmesinden geldi. Tau nötrino etkileşimlerinin ilk tespiti 2000 yılında Fermilab'daki DONUT işbirliği tarafından duyuruldu ve 2012 yılında keşfedilen Higgs bozonu ile birlikte Standart Model'in doğrudan gözlemlenen ikinci en son parçacığı oldu. ⓘ

Mevcut tüm veriler üç nesil lepton ile tutarlı olsa da, bazı parçacık fizikçileri dördüncü bir nesil aramaktadır. Böyle bir dördüncü yüklü leptonun kütlesine ilişkin mevcut alt sınır 100,8 GeV/c² iken, ilişkili nötrino en az 45,0 GeV/c² kütleye sahip olacaktır. ⓘ

Özellikler

W bozonunda Tau leptonu ⓘ

Spin ve kiralite

Sol elli ve sağ elli sarmallıklar ⓘ

Leptonlar spin 1/2 parçacıklardır. Spin-istatistik teoremi bu nedenle fermiyon olduklarını ve dolayısıyla Pauli dışlama ilkesine tabi olduklarını ima eder: Aynı türden iki lepton aynı anda aynı durumda olamaz. Ayrıca, bir leptonun yalnızca iki olası spin durumuna sahip olabileceği anlamına gelir, yani yukarı veya aşağı. ⓘ

Bununla yakından ilişkili bir özellik de kiralitedir ve bu da helisite adı verilen daha kolay görselleştirilebilen bir özellik ile yakından ilişkilidir. Bir parçacığın sarmallığı, momentumuna göre spininin yönüdür; spinleri momentumlarıyla aynı yönde olan parçacıklar sağ elli, aksi halde sol elli olarak adlandırılırlar. Bir parçacık kütlesiz olduğunda, momentumunun spine göre yönü her referans çerçevesinde aynıdır, oysa kütleli parçacıklar için daha hızlı hareket eden bir referans çerçevesi seçerek parçacığı 'sollamak' mümkündür; daha hızlı çerçevede sarmallık tersine döner. Kiralite, Poincaré grubu altında dönüşüm davranışıyla tanımlanan ve referans çerçevesiyle değişmeyen teknik bir özelliktir. Kütlesiz parçacıklar için helisite ile uyumlu olacak şekilde tasarlanmıştır ve kütleli parçacıklar için hala iyi tanımlanmıştır. ⓘ

Kuantum elektrodinamiği ve kuantum kromodinamiği gibi birçok kuantum alan teorisinde sol ve sağ elli fermiyonlar özdeştir. Ancak, Standart Model'in Zayıf etkileşimi sol ve sağ elli fermiyonlara farklı davranır: Zayıf etkileşime yalnızca sol elli fermiyonlar (ve sağ elli anti-fermiyonlar) katılır. Bu, modele açıkça yazılmış bir parite ihlali örneğidir. Literatürde sol elli alanlar genellikle büyük L alt simgesiyle (örneğin normal elektron: eL-) ve sağ elli alanlar büyük R alt simgesiyle (örneğin pozitron $eR +$ ) gösterilir. ⓘ

Sağ elli nötrinolar ve sol elli anti-nötrinoların diğer parçacıklarla olası bir etkileşimi yoktur (bkz. steril nötrinolar) ve bu nedenle Standart Model'in işlevsel bir parçası değildir, ancak hariç tutulmaları katı bir gereklilik değildir; bazen modele dahil edildikleri takdirde aktif bir rolleri olmayacağını vurgulamak için parçacık tablolarında listelenirler. Elektrik yüklü sağ elli parçacıklar (elektron, müon veya tau) özel olarak zayıf etkileşime girmeseler de, yine de elektriksel olarak etkileşime girebilirler ve dolayısıyla farklı güçlerde ( $Y$ _W) olsa da birleşik elektro-zayıf kuvvete katılabilirler. ⓘ

Elektromanyetik etkileşim

Lepton-foton etkileşimi ⓘ

Leptonların en belirgin özelliklerinden biri elektrik yükleridir, $Q$ . Elektrik yükü elektromanyetik etkileşimlerinin gücünü belirler. Parçacık tarafından üretilen elektrik alanının gücünü (bkz. Coulomb yasası) ve parçacığın harici bir elektrik veya manyetik alana ne kadar güçlü tepki vereceğini (bkz. Lorentz kuvveti) belirler. Her nesil bir lepton içerir $\;Q=-1\,e\;$ ve sıfır elektrik yüküne sahip bir lepton. Elektrik yüküne sahip lepton genellikle basitçe yüklü lepton olarak adlandırılırken, nötr lepton nötrino olarak adlandırılır. Örneğin, ilk nesil elektrondan oluşur
e-
negatif elektrik yüküne sahip ve elektriksel olarak nötr elektron nötrino
ν
e . ⓘ

Kuantum alan teorisi dilinde, yüklü leptonların elektromanyetik etkileşimi, parçacıkların elektromanyetik alanın kuantumu olan foton ile etkileşime girdiği gerçeğiyle ifade edilir. Elektron-foton etkileşiminin Feynman diyagramı sağda gösterilmiştir. ⓘ

Leptonlar spinleri şeklinde içsel bir dönüşe sahip olduklarından, yüklü leptonlar bir manyetik alan oluştururlar. Manyetik dipol momentlerinin büyüklüğü $μ$ şu şekilde verilir

\;\mu =g\,{\frac {\;Q\hbar \;}{4m}}\;,

Burada m leptonun kütlesi, g ise lepton için "g faktörü" olarak adlandırılır. Birinci dereceden kuantum mekanik yaklaşımı g faktörünün tüm leptonlar için 2 olduğunu öngörür. Bununla birlikte, Feynman diyagramlarındaki ilmeklerin neden olduğu daha yüksek dereceli kuantum etkileri bu değere düzeltmeler getirir. Anormal manyetik dipol momenti olarak adlandırılan bu düzeltmeler, kuantum alan teorisi modelinin ayrıntılarına karşı çok hassastır ve bu nedenle standart modelin hassas testleri için fırsat sağlar. Elektron anormal manyetik dipol momenti için teorik ve ölçülen değerler sekiz anlamlı rakam dahilinde uyum içindedir. Ancak müon için sonuçlar sorunludur ve Standart Model ile deney arasında küçük, kalıcı bir tutarsızlığa işaret etmektedir. ⓘ

Zayıf etkileşim


Birinci nesil leptonların zayıf etkileşimleri.

Standart Model'de sol-elli yüklü lepton ve sol-elli nötrino çiftler ( ν_{e L}, e-
_L ) zayıf izospin SU(2) gösterge simetrisinin spinor gösteriminde (T = 1⁄2) dönüşür. Bu, bu parçacıkların sırasıyla ++1⁄2 ve -+1⁄2 özdeğerlerine sahip T₃ izospin izdüşümünün öz durumları olduğu anlamına gelir. Bu arada, sağ elli yüklü lepton zayıf izospin skaler (T = 0) olarak dönüşür ve bu nedenle zayıf etkileşime katılmazken, sağ elli bir nötrinonun var olduğuna dair hiçbir kanıt yoktur. ⓘ

Higgs mekanizması, zayıf izospin SU(2) ve zayıf hiperşarj U(1) simetrilerinin gösterge alanlarını üç büyük vektör bozonuna (
W⁺
,
W-
,
Z⁰
) zayıf etkileşime aracılık eder ve bir kütlesiz vektör bozonu, foton, elektromanyetik etkileşimden sorumludur. Elektrik yükü $Q$ , izospin izdüşümü $T$ ₃ ve zayıf hiper yük $Y$ _W'den Gell-Mann-Nishijima formülü aracılığıyla hesaplanabilir,

Q

=

T

₃ + 1⁄2

Y

_W

Tüm parçacıklar için gözlemlenen elektrik yüklerini geri kazanmak için, sol-elli zayıf izospin dubleti ( ν_{e L}, e-
_L ) bu nedenle $Y$ _W = -1 olmalıdır, sağ elli izospin skaler e-
_R'nin $Y$ _W = -2 olması gerekir. Leptonların kütleli zayıf etkileşim vektör bozonlarıyla etkileşimi sağdaki şekilde gösterilmiştir. ⓘ

Q = T₃ + Y_W/2 ⓘ

Gözlenmiş tüm yüklü parçacıkları açıklayabilmek için sol-yönlü zayıf izospin ikilisinde (ν_eL,e_L^- Y_W= -1 olmalısı gerekirken, sağ-yönlü izospin sabiti e^-_R 'nin Y_W= -2 olması gerekir. ⓘ

Kütle

Standart Model'de her lepton kendine özgü bir kütleye sahip olmadan başlar. Yüklü leptonlar (yani elektron, müon ve tau) Higgs alanı ile etkileşim yoluyla etkin bir kütle elde eder, ancak nötrinolar kütlesiz kalır. Teknik nedenlerden ötürü, nötrinoların kütlesiz olması, kuarklarda olduğu gibi farklı yüklü lepton nesillerinin karışmadığı anlamına gelir. Nötrinonun sıfır kütlesi, kütlenin mevcut doğrudan deneysel gözlemleri ile yakın bir uyum içindedir. ⓘ

Bununla birlikte, dolaylı deneylerden - en önemlisi gözlemlenen nötrino salınımlarından - nötrinoların sıfır olmayan bir kütleye, muhtemelen 2 eV/c²'den daha az bir kütleye sahip olması gerektiği bilinmektedir. Bu da Standart Model'in ötesinde bir fiziğin varlığına işaret eder. Şu anda en çok tercih edilen uzantı, hem sol elli nötrinoların karşılık gelen yüklü leptonlara kıyasla neden bu kadar hafif olduğunu hem de neden henüz hiç sağ elli nötrino görmediğimizi açıklayacak olan tahterevalli mekanizmasıdır. ⓘ

Kütle Oranları

Bilinen üç lepton nesli, teorik olarak birbirleriyle ince yapı sabiti olan α'nın basit fonksiyonları ile ilişkili kütlelere sahiptir: ${\frac {m_{\mu }}{m_{e}}}=\left({\frac {\alpha ^{-2}}{2\pi }}\right)^{\frac {2}{3}}{\frac {\left({1+2\pi {\frac {\alpha ^{2}}{2}}}\right)}{\left({1+{\frac {\alpha }{2}}}\right)}}=206.7683$ $\left(206.76827\right)$ ⓘ

${\frac {m_{\tau }}{m_{e}}}=\left({\frac {\alpha ^{-3}}{4\pi }}\right)^{\frac {2}{3}}{\frac {\left({1+2\pi {\frac {\alpha ^{2}}{2}}}\right)}{\left(1-4\pi \alpha ^{2}\right)}}=3477.2$ $\left(3477.23\right)$ ⓘ

burada ${\textstyle m_{e}}$ elektronun kütlesidir, ${\textstyle m_{\mu }}$ müonun kütlesidir ve ${\textstyle m_{\tau }}$ tauonun kütlesidir. Formüllerin sağında parantez içinde gösterilen sayılar, 2018 CODATA önerilen değerlerinden hesaplanan kütle oranlarıdır. ⓘ

Lepton aroması kuantum sayıları

Her neslin zayıf izospin çiftinin üyelerine Standart Model kapsamında korunan leptonik sayılar atanır. Elektronlar ve elektron nötrinoları Le = 1 elektronik sayısına sahipken, müonlar ve müon nötrinoları L_μ = 1 müonik sayısına, tau parçacıkları ve tau nötrinoları ise L_τ = 1 tauonik sayısına sahiptir. Antileptonların kendi nesillerinin leptonik sayıları -1'dir. ⓘ

Leptonik sayıların korunumu, parçacıklar etkileşime girdiğinde aynı tipteki leptonların sayısının aynı kalacağı anlamına gelir. Bu da lepton ve antileptonların tek bir nesilden çiftler halinde yaratılması gerektiği anlamına gelir. Örneğin, leptonik sayıların korunumu altında aşağıdaki süreçlere izin verilir:

Her nesil bir zayıf izospin çift oluşturur. ⓘ

e-
+
e⁺
→
γ
,

τ⁻
+
τ⁺
→
Z⁰
, ⓘ

ama bunlar değil:

γ
→
e-
+
μ⁺
,

W-
→
e-
+
ν
_τ ,

Z⁰
→
μ⁻
+
τ⁺
. ⓘ

Bununla birlikte, nötrino salınımlarının bireysel leptonik sayıların korunumunu ihlal ettiği bilinmektedir. Böyle bir ihlal Standart Model'in ötesindeki fizik için bir kanıt olarak kabul edilir. Çok daha güçlü bir korunum yasası, nötrino salınımları durumunda bile korunan toplam lepton sayısının (alt simgesiz $L$ ) korunumudur, ancak bu bile kiral anomali tarafından hala küçük bir miktar ihlal edilmektedir. ⓘ

ancak aşağıdakiler gerçekleşemez:

Y= e-+μ⁺,

W^-=e^-+ν_τ,

Z⁰=μ^-+τ⁺. ⓘ

Evrensellik

Leptonların tüm gösterge bozonu türlerine bağlanması flavourdan bağımsızdır: Leptonlar ve bir ayar bozonu arasındaki etkileşim her lepton için aynı şekilde ölçülür. Bu özellik lepton evrenselliği olarak adlandırılır ve müon ve tau yaşam sürelerinin ölçümlerinde test edilmiştir.
Z
bozonu kısmi bozunma genişlikleri, özellikle Stanford Lineer Çarpıştırıcısı (SLC) ve Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı (LEP) deneylerinde. ⓘ

Bozunma oranı ( $\Gamma$ ) müonların süreç boyunca
μ⁻
→
e-
+
ν
_e +
ν
_μ yaklaşık olarak şu formdaki bir ifade ile verilir (daha fazla ayrıntı için müon bozunumuna bakınız) ⓘ

\Gamma \left(\mu ^{-}\rightarrow e^{-}+{\bar {\nu _{e}}}+\nu _{\mu }\right)\approx K_{2}\,G_{\text{F}}^{2}\,m_{\mu }^{5}~,

ⓘ

Burada $K$ ₂ bir sabittir ve $G$ _F Fermi bağlantı sabitidir. Tau parçacıklarının süreç boyunca bozunma oranı
τ⁻
→
e-
+
ν
_e +
ν
_τ aynı formdaki bir ifade ile verilir ⓘ

\Gamma \left(\tau ^{-}\rightarrow e^{-}+{\bar {\nu _{e}}}+\nu _{\tau }\right)\approx K_{3}\,G_{\text{F}}^{2}\,m_{\tau }^{5}~,

ⓘ

burada $K$ ₃ başka bir sabittir. Müon-tauon evrenselliği $K$ ₂ ≈ $K$ ₃ anlamına gelir. Öte yandan, elektron-muon evrenselliği şu anlama gelir

\Gamma \left(\tau ^{-}\rightarrow e^{-}+{\bar {\nu _{e}}}+\nu _{\tau }\right)=\Gamma \left(\tau ^{-}\rightarrow \mu ^{-}+{\bar {\nu _{\mu }}}+\nu _{\tau }\right)~.

ⓘ

Bu, tau bozunumunun elektronik modu (%17,82) ve müonik (%17,39) modu için dallanma oranlarının neden eşit olduğunu (hata dahilinde) açıklar. ⓘ

Evrensellik aynı zamanda müon ve tau yaşam sürelerinin oranını da açıklar. Yaşam süresi $\mathrm {T} _{\ell }$ bir leptonun $\ell$ (ile $\ell$ = " $μ$ " veya " $τ$ ") bozunma hızı ile şu şekilde ilişkilidir ⓘ

\mathrm {T} _{\ell }={\frac {\;B\left(\ell ^{-}\rightarrow e^{-}+{\bar {\nu _{e}}}+\nu _{\ell }\right)\;}{\Gamma \left(\ell ^{-}\rightarrow e^{-}+{\bar {\nu _{e}}}+\nu _{\ell }\right)}}\,

, ⓘ

burada $\;B(x\rightarrow y)\;$ dallanma oranlarını ve $\;\Gamma (x\rightarrow y)\;$ sürecin rezonans genişliğini ifade eder $\;x\rightarrow y~,$ $x$ ve y'nin yerini "e" veya " $μ$ " veya " $τ$ " dan iki farklı parçacık alır. ⓘ

Böylece tau ve müon yaşam sürelerinin oranı şu şekilde verilir

{\frac {\,\mathrm {T} _{\tau }\,}{\mathrm {T} _{\mu }}}={\frac {\;B\left(\tau ^{-}\rightarrow e^{-}+{\bar {\nu _{e}}}+\nu _{\tau }\right)\;}{B\left(\mu ^{-}\rightarrow e^{-}+{\bar {\nu _{e}}}+\nu _{\mu }\right)}}\,\left({\frac {m_{\mu }}{m_{\tau }}}\right)^{5}~.

ⓘ

Müon ve tau'nun dallanma oranları için 2008 Review of Particle Physics'teki değerler kullanıldığında ~1.29×10-7'lik bir yaşam süresi oranı elde edilir ki bu da ölçülen ~1.32×10-7'lik yaşam süresi oranıyla karşılaştırılabilir. Aradaki fark $K$ ₂ ve $K$ ₃'ün aslında sabit olmamasından kaynaklanmaktadır: İlgili leptonların kütlesine biraz bağlıdırlar. ⓘ

Son zamanlarda yapılan lepton evrenselliği testleri
B
LHCb, BaBar ve Belle deneyleri tarafından gerçekleştirilen mezon bozunumları, Standart Model tahminlerinden tutarlı sapmalar göstermiştir. Bununla birlikte, birleşik istatistiksel ve sistematik anlamlılık henüz yeni bir fiziğin gözlemlendiğini iddia edecek kadar yüksek değildir. ⓘ

Temmuz 2021'de, W bozunumlarını test eden lepton evrenselliğine ilişkin sonuçlar yayınlandı, LEP tarafından yapılan önceki ölçümler hafif bir dengesizlik vermişti, ancak ATLAS işbirliği tarafından yapılan yeni ölçüm iki kat daha fazla hassasiyete sahip ve şu oranı veriyor $B(W\rightarrow \tau ^{-}+\nu _{\tau })/B(W\rightarrow \mu ^{-}+\nu _{\mu })=0.992\pm 0.013$ Bu da standart model öngörüsü olan birlik ile uyumludur ⓘ

Müonun [[μ^-|μ^-]]=[[e_-|e_-]]+[[~ν_e|~ν_e]]+[[ν_μ|ν_μ]] sürecindeki bozunma oranı (Γ) için yaklaşık olarak şu ifade verilebilir ( daha ayrıntılı bilgi için müon bozunmasına bakınız):

\Gamma \left(\tau ^{-}\rightarrow e^{-}+{\bar {\nu _{e}}}+\nu _{\tau }\right)=K_{2}G_{F}^{2}m_{\tau }^{5},

ⓘ

K₁ bir sabit, G_F Fermi eşleşme sabiti.Taunun [[τ^-|τ^-]]=[[e_-|e_-]]+[[~ν_e|~ν_e]]+[[ν_μ|ν_μ]] sürecindeki bozunma oranı aynı şablondaki bir ifadeyle verilir:

\Gamma \left(\mu ^{-}\rightarrow e^{-}+{\bar {\nu _{e}}}+\nu _{\mu }\right)=\Gamma \left(\tau ^{-}\rightarrow \mu ^{-}+{\bar {\nu _{\mu }}}+\nu _{\tau }\right).

ⓘ

K₂ bir sabit. Elektron-müon evrenselliği K₁=K₂ getirir:

\Gamma \left(\mu ^{-}\rightarrow e^{-}+{\bar {\nu _{e}}}+\nu _{\mu }\right)=\Gamma \left(\tau ^{-}\rightarrow \mu ^{-}+{\bar {\nu _{\mu }}}+\nu _{\tau }\right).

ⓘ

B(x→y) ve Γ(x→y) dallanma oranı ve x→y sürecindeki resonans aralığı. ⓘ

Lepton tablosu

Leptonların özellikleri

Spin $J$	Parçacık veya Antiparçacık adı	Sembol	Şarj $Q$ (e)	Lepton flavor sayısı			Kütle (MeV/c²)	Yaşam Süresi (saniye)
Spin $J$	Parçacık veya Antiparçacık adı	Sembol	Şarj $Q$ (e)	$L$ _$e$	$L$ _$μ$	$L$ _$τ$	Kütle (MeV/c²)	Yaşam Süresi (saniye)

1 /2	Elektron	e-	-1	+1	0	0	0.510998910 (±13)	Kararlı
	Positron	e⁺	+1	-1	0	0	0.510998910 (±13)	Kararlı
	Muon	μ⁻	-1	0	+1	0	105.6583668 (±38)	2.197019×10-6 (±21)
	Antimuon	μ⁺	+1	0	-1	0	105.6583668 (±38)	2.197019×10-6 (±21)
	Tau	τ⁻	-1	0	0	+1	1776,84 (±.17)	2.906×10-13 (±.010)
	Antitau	τ⁺	+1	0	0	-1	1776,84 (±.17)	2.906×10-13 (±.010)

	Elektron nötrino	ν e	0	+1	0	0	<0.0000022	Bilinmiyor
	Elektron antinötrinosu	ν e	0	-1	0	0	<0.0000022	Bilinmiyor
	Müon nötrinosu	ν _μ	0	0	+1	0	< 0,17	Bilinmiyor
	Muon antinötrino	ν _μ	0	0	-1	0	< 0,17	Bilinmiyor
	Tau nötrinosu	ν _τ	0	0	0	+1	< 15,5	Bilinmiyor
	Tau antinötrinosu	ν _τ	0	0	0	-1	< 15,5	Bilinmiyor

ⓘ