لبتون (فيزياء): الفرق بين النسختين

تم إضافة 67 بايت ، ‏ قبل 3 سنوات
ط
بوت: تعريب
ط (بوت:إزالة الوصلات الحمراء من قسم انظر أيضا (تجربة))
ط (بوت: تعريب)
| تفاعل = [[كهرومغناطيسية]] - [[جاذبية (فيزياء)|جاذبية]] - [[قوة نووية ضعيفة|ضعيف]]
| جسيم =
| جسيم مضاد = نقيض لبتون ({{SubatomicParticleSubatomic particle|Antilepton}})
| رمز = {{SubatomicParticleSubatomic particle|Lepton}}
| شحنة كهربائية= +1 [[شحنة أولية|e]] و 0 e و−1 e
| شحنة لونية = لا يوجد
'''لبتون''' {{إنج|lepton}} هو جسيم أولي ومكون أساسي لل[[مادة]]<ref name="بريتانيكا"/>. وأشهر اللبتونات المعروفة هو [[الالكترون]] والذي يحكم عمليات [[الكيمياء]] كلها لأنه موجود في أغلفة [[الذرات]] وترتبط به [[خاصية كيميائية|الخصائص الكيميائية]] كلها. وتوجد فئتين أساسيتين للبتونات: [[شحنة كهربائية|المشحونة]] منها (وتعرف أيضا بلبتونات شبيه-الإلكترون)، ومحايدة (المشهورة باسم [[نيترينو]]). ويمكن للبتونات المشحونة أن تندمج مع جسيمات أخرى لتكوين [[قائمة الجسيمات#جسيمات مركبة|جسيمات مركبة]] مثل [[الذرات]] و ذرة [[ميونيوم|الميونيوم]] الغريبة و [[بوزيترونيوم]] ، بينما النيترينو فهو ضعيف التفاعل مع المادة فهو نادرا الرصد.
 
هناك ست أنواع من اللبتونات وتعرف باسم [[نكهة (فيزياء الجسيمات)|النكهات]] وتكون ثلاثة [[جيل (فيزياء الجسيمات)|أجيال]]<ref name="HyperphysicsLepton"/>. أول جيل منها هو اللبتونات الإلكترونية وتشمل [[الإلكترونات]] ({{SubatomicParticleSubatomic particle|Electron-}}) و[[الكترون نيترينو]] ({{SubatomicParticleSubatomic particle|Electron neutrino}}); والجيل الثاني هو اللبتونات الميونية وتشمل [[الميوون]] ({{SubatomicParticleSubatomic particle|Muon-}}) و[[ميوون نيترينو]] ({{SubatomicParticleSubatomic particle|Muon neutrino}}); أما الجيل الثالث فيسمى اللبتونات التاوونية وتشمل [[تاوون]] ({{SubatomicParticleSubatomic particle|Tau-}}) و[[تاوون نيترينو]] ({{SubatomicParticleSubatomic particle|Tau neutrino}}). كتلة الإلكترونات هي أقل كتلة في اللبتونات المشحونة. أما الأثقل فهي الميونات (وتسمى أحيانا ميو ميزون وكتلتها تصل 200 كتلة إلكترون) . ويسمى التاوون أحيانا "تاو ميزون " وهو أثقل من الإلكترون نحو 300 مرة . وينتقل التاوون بسرعة إلى إلكترون خلال عملية [[تحلل جسيم]]: وهي عملية انتقال من حالة كتلة أعلى إلى حالة كتلة أدنى، وبالتالي تكون الإلكترونات مستقرة وهي أغلب اللبتونات المشحونة في [[الفضاء الكوني]]، في حين يمكن إنتاج الميوون والتاوون فقط عند اصطدام الجسيمات ذات [[فيزياء الطاقة العالية|الطاقة العالية]] (مثل تلك التي تنتج من [[الأشعة الكونية]] والاصطدامات التي تُدرس في [[معجلات الجسيمات]]).
 
لدى اللبتونات عدة خصائص جوهرية مثل [[الشحنة الكهربائية]] و[[لف مغزلي (فيزياء)|اللف]] و[[الكتلة]]. وعلى عكس الكواركات فهي لا تخضع [[تفاعل قوي|للتفاعل القوي]] ولكنها تخضع [[القوى الأساسية|للتفاعلات الأساسية]] الثلاث الأخرى: [[الكهرومغناطيسية]] (ماعدا النيترينوات والتي هي محايدة كهربائيا) و[[جاذبية (فيزياء)|الجاذبية]] و[[قوة نووية ضعيفة|التفاعل الضعيف]]. لكل نكهة لبتون يقابلها نوع من [[جسيم مضاد|الجسيمات المضادة]] تسمى ب [[نقيض اللبتون]] وهي تختلف عن اللبتون فقط في أنها [[نظير الجمع|مساوية بالحجم ومعاكسة بالشحنة]]. ومع هذا فإنه وفقا لنظريات معينة قد يكون للنيوترينو [[ماجورانا فيرميون|جسيم مضاد خاص به]]، ولكن حاليا لا يزال غير معروف ماإذا كانت تلك الحالة صحيحة أم لا.
{{cite journal
|author=M.L. Perl ''et al.''
|title=Evidence for Anomalous Lepton Production in {{SubatomicParticleSubatomic particle|Positron}}{{SubatomicParticleSubatomic particle|Electron}} Annihilation
|journal=[[Physical Review Letters]]
|volume=35 |issue=22 |page=1489
أتى اسم لبتون من الكلمة [[لغة يونانية|اليونانية]] "λεπτόν" (''لبتون'') وهو فعل لكلمة "λεπτός" (لبتوس) وتعني "صغير-ناعم-رقيق"<ref>[http://www.perseus.tufts.edu/hopper/text?doc=Perseus:text:1999.04.0057:entry=lepto/s λεπτός], Henry George Liddell, Robert Scott, ''A Greek-English Lexicon'', on Perseus Digital Library</ref>، واٌقدم مصدر موثق لشكل الكلمة هي"ري-بو-تو" ب[[اليونانية الميسينية]] مكتوبة بالنص الصوتي المسمى [[خطي باء]]<ref>[http://www.palaeolexicon.com Palaeolexicon], Word study tool of ancient languages</ref>، وأول من استخدم تلك الكلمة هو الفيزيائي [[ليون روزنفيلد]] سنة 1948<ref>L. Rosenfeld (1948)</ref>:
<blockquote>بناء على اقتراح البروفيسور [[كريستيان مولر|مولر]] اتبنى اسم "ليبتون" (من λεπτός: صغيرة- رقيقة-حساسة) -وبوصفه رابط ل"[[نوكليون]]"- للدلالة على جسيمات ذات كتلة صغيرة.</blockquote>
وأصل الكلمة لا يعني أبدا أن جميع اللبتونات لها كتلة صغيرة. فعندما أطلق روزنفيلد عليها هذا الاسم فإنه لم يكن يعرف عن اللبتونات إلا الإلكترون والميوون وهما كانا صغيري الكتلة — كتلة الإلكترون ({{val|0.511|ul=MeV/c2}}){{يم}}<ref name="Electron">C. Amsler ''et al''. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s003.pdf Particle listings – {{SubatomicParticleSubatomic particle|Electron-}}]</ref>، وكتلة الميوون (تقديري {{val|105.7|u=MeV/c2}}){{يم}}<ref name="Muon">C. Amsler ''et al''. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s004.pdf Particle listings – {{SubatomicParticleSubatomic particle|Muon-}}]</ref> هي كسور صغيرة مقارنة لكتلة البروتون "الثقيلة" ({{val|938.3|u=MeV/c2}}){{يم}}<ref name="Proton">C. Amsler ''et al''. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s016.pdf Particle listings – {{SubatomicParticleSubatomic particle|Proton+}}]</ref>. ولكن عندما ظهر التاوون في منتصف السبعينات فإن كتلته ({{val|1777|u=MeV/c2}}){{يم}}<ref name="Tauon">C. Amsler ''et al''. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s035.pdf Particle listings – {{SubatomicParticleSubatomic particle|Tau-}}]</ref> هو يعني ضعف كتلة البروتون وتقريبا 3500 مرة من الالكترون.
 
== التاريخ ==
خاصية [[لاتناظرية]] هي خاصية وثيقة الصلة هنا، وهي بدورها مرتبطة ارتباطا وثيقا بخاصية بادية للعيان بسهولة وهي [[حلزونية (فيزياء الجسيمات)|الحلزونية]]. فحلزونية الجسيمات هو اتجاه لفها بالنسبة إلى [[زخم الحركة|زخمها]]: فالجسيمات التي تلف بنفس اتجاه زخمها تسمى اليمنى، والعكس صحيح مع الإتجاه الآخر حيث تسمى اليسرى. وعندما يكون الجسيم عديم الكتلة، فإن اتجاه الزخم المتصل بلفها هو حالة مستقلة، بينما الجسيمات الضخمة يمكنها أن تتجاوز الجسيمات حسب [[تحويلات لورنتز]] فتنقلب الحلزونية. فاللاتناظرية هي خاصية تقنية (التي تعرف من خلال سلوك التحول ضمن [[مجموعة بوانكاريه]]) تتفق مع الحلزونية (تقريبا) في الجسيمات عديمة الكتلة، ولا تزال واضحة المعالم عند الجزيئات الضخمة.
 
هناك العديد من [[نظرية الحقل الكمومي|نظريات الحقل الكمومي]] مثل [[كهروديناميكا كمية]] و[[ديناميكا لونية كمية]] تكون فيها الفرميونات اليسرى واليمنى متطابقة. لكن في النموذج القياسي فإن الفرميونات اليمنى واليسرى تعامل على أنها غير متماثلة. فالفرميونات اليسرى تساهم في [[القوة النووية الضعيفة]]، في حين لا توجد نيترينوات يمنى. وهذا مثال على [[تكافؤ (فيزياء)|انتهاك التكافؤ]]. كثيرا ما يرمز مجالات اليسرى بالحرف اللاتيني "L" (مثال على ذلك {{SubatomicParticleSubatomic particle|electron}} <sub>L</sub>) بينما يرمز المجال الأيمن بالحرف "R".
{{clr}}
 
=== التفاعل الكهرومغناطيسي ===
[[ملف:Lepton-interaction-vertex-eeg.svg|تصغير|portrait|تفاعل لبتون-فوتون]]
أحد أبرز خصائص اللبتونات هي [[شحنة كهربائية|شحنتها الكهربائية]]، ورمزها ''Q''. وتحدد تلك الشحنة قوة تفاعلاتها الكهرومغناطيسية. وهي تحدد قوة [[المجال الكهربائي]] التي يولدها الجسيم (انظر [[قانون كولوم]]) وقوة تأثر الجسيمات للحقل مغناطيسي أو الكهربائي الخارجي (انظر [[قانون لورنتز]]). ويحتوي كل جيل على لبتون شحنته ''Q''{{يم}}&nbsp;={{يم}}&nbsp;{{يم}}-1 (يعبر عن شحنة الجسيم بوحدة [[شحنة أولية]]) ولبتون شحنته &nbsp;={{يم}}&nbsp; صفر. ويشار عموما إلى اللبتون المشحون كهربائيا ب "لبتون موجب الشحنة" بينما يسمى اللبتون المحايد بالنيترينو. فعلى سبيل المثال يتكون الجيل الأول من الكترون {{SubatomicParticleSubatomic particle|electron}} سالب الشحنة والكترون نيترينو {{SubatomicParticleSubatomic particle|electron neutrino}} محايد كهربائيا.
 
يعبر عن التفاعل الكهرومغناطيسي لللبتونات المشحونة في لغة نظرية المجال الكمي بحقيقة أن الجسيمات تتفاعل مع كم المجال الكهرومغناطيسي وهو [[الفوتون]]. ويظهر [[مخطط فاينمان]] للتفاعل إلكترون-فوتون على اليسار.
|}
|}
تنتظم اللبتونات اليسرى المشحونة وكذلك النيترونات اليسرى في النموذج القياسي في [[ثنائية (فيزياء)|خط ثنائي]] {{nowrapبدون لف|({{SubatomicParticleSubatomic particle|electron neutrino}}<sub>L</sub>, {{SubatomicParticleSubatomic particle|electron}}<sub>L</sub>)}} بحيث تتحول إلى [[سبينور]] متمثلة في (''T''{{يم}}&nbsp;=&nbsp;{{يم}}{{frac|1|2}}) مقياس التماثل [[(2)SU]] [[لف نظائري ضعيف|للف النظائري الضعيف]]. وهذا يعني ان الجسيمات هي في [[القيمة الذاتية|الحالة الذاتية]] لإسقاط اللف النظائري ''T''<sub>3</sub> بقيمة ذاتية {{frac|1|2}} و−{{frac|1|2}} بالتسلسل. وخلال ذلك فإن اللبتونات اليمني المشحونة تتحول إلى عدد نظائري ضعيف (''T''{{يم}}&nbsp;=&nbsp;{{يم}}0) لذا فإنها لا تشارك في التفاعل الضعيف في حين أنه لا يوجد نيترينو يمين على الإطلاق.
 
تعيد [[آلية هيغز]] تجميع الحقول القياسية لتماثلات كلا من اللف النظائري (2)SU وفرط الشحنة الضعيفين (2)U إلى ثلاثة بوزونات ناقلة ضخمة ({{SubatomicParticleSubatomic particle|W boson+}}، {{SubatomicParticleSubatomic particle|W boson-}}، {{SubatomicParticleSubatomic particle|Z boson0}}) متوسطة بين التفاعل الضعيف وبوزون ناقل عديمة الكتلة (الفوتون) المسؤول عن التفاعل الكهرومغناطيسي. ويمكن حساب الشحنة الكهربائية ''Q'' من إسقاط اللف النظائري ''T''<sub>3</sub> وفرط الشحنة الضعيف ''Y''<sub>W</sub> خلال [[صيغة جيل مان-نشيجيما]]،
:''Q'' = ''T''<sub>3</sub> + ''Y''<sub>W</sub>/2
لاستعادة الشحنة الكهربائية المرصودة لجميع الجسيمات يجب أن يكون الخط الثنائي للف النظائري الضعيف الأيسر {{nowrapبدون لف|({{SubatomicParticleSubatomic particle|electron neutrino}}<sub>L</sub>، {{SubatomicParticleSubatomic particle|electron}}<sub>L</sub>)}} لديه ''Y''<sub>W</sub>&nbsp;=&nbsp;−1، في حين أن اللف النظائري الأيمن العددي {{su|p=−|b=R}}e يجب أن يكون ''Y''<sub>W</sub>&nbsp;=&nbsp;−2. ويظهر تفاعل اللبتونات مع بوزونات ناقلة ذات تفاعل ضعيف جدا في الصورة على اليمين.
 
=== الكتلة ===
 
حفظ الأرقام اللبتونية يعني أن عدد اللبتونات من ذات النوع لا يتغير عند تفاعل الجسيمات. مما يعني أن نشأة اللبتونات وأضدادها يجب أن يكون في أزواج في الجيل الواحد. على سبيل المثال، تحدث العمليات التالية في إطار المحافظة على الأرقام اللبتونية:{{clr}}
<!-- [[ملف:Lepton isodoublets fixed.png|تصغير|يمين|Each generation forms a [[weak isospin]] [[Doubletحالة (physics)|doubletثنائية]].]] -->
:{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Electron}} + {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Antielectron}} → {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Photon}} + {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Photon}},
:{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Tau}} + {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Antitau}} → {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Z boson0}} + {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Z boson0}},
 
ولكن ليست تلك:
 
: {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Antimuon}} + {{يم}}{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Electron}}{{يم}} →{{يم}} {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Photon}}
:{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|W boson-}} → {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Electron}} + {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Tau neutrino}},
:{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Antitau}}{{يم}} + {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Muon}}{{يم}} → {{يم}}{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Z boson0}}.
 
== جدول اللبتونات ==
|-
|style="text-align:left"| [[الكترون]] / [[بوزيترون|ضديد الإلكترون]]<ref name="Electron"/>
| {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Electron}}/{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Positron}}
| −1/+1
| {{frac|1|2}}
|-
|style="text-align:left"| [[ميوون]] / [[ميوون|ضديد الميوون]]<ref name="Muon"/>
| {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Muon}}/{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Antimuon}}
| −1/+1
| {{frac|1|2}}
| {{val|105.6583668|(38)}}
| {{val|2.197019|(21)|e=-6}}
| {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|electron-}} + {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|electron antineutrino}} + {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|muon neutrino}}
|-
|style="text-align:left"| [[تاوون]] / [[تاوون|ضديد التاوون]]<ref name="Tauon"/>
| {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Tau}}/{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Antitau}}
| −1/+1
| {{frac|1|2}}
| {{val|1776.84|(17)}}
| {{val|2.906|(10)|e=-13}}
| [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s035.pdf See {{SubatomicParticleSubatomic particle|tau-}} decay modes]
|-
|style="text-align:left"| [[الكترون نيترينو]] / [[الكترون نيترينو|ضديد الكترون النيترينو]]<ref name="Neutrino">C.Amsler et al. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s066.pdf Particle listings – Neutrino properties]</ref>
| {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Electron neutrino}}/{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Electron antineutrino}}
| 0
| {{frac|1|2}}
|-
|style="text-align:left"| [[ميوون نيترينو]] / [[ميوون نيترينو|ضديد ميوون نيترينو]]<ref name="Neutrino"/>
| {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Muon neutrino}}/{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Muon antineutrino}}
| 0
| {{frac|1|2}}
|-
|style="text-align:left"| [[تاوون نيترينو]] / [[Tau تاوون نيترينو|ضديد تاوون نيترينو]]<ref name="Neutrino"/>
| {{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Tau neutrino}}/{{SubatomicParticleSubatomic particle|link=yes|Tau antineutrino}}
| 0
| {{frac|1|2}}