ÉLECTRONS
Les leptons μ et τ
Les leptons μ et τ (muon et tau) partagent de nombreuses propriétés avec les électrons, dont une charge électrique identique négative de 1,6 × 10–19 coulomb. Comme celle des électrons, leur taille semble nulle et ils sont dépourvus de structure interne. Sensibles aux interactions électromagnétiques et nucléaires faibles, ils portent une charge dite d'isospin faible et sont capables d'émettre et d'absorber des photons et des bosons de jauge électrofaibles (W ou Z). Insensibles aux interactions nucléaires fortes, ils ne portent pas de charge de couleur, ne peuvent ni émettre ni absorber des gluons et ne peuvent pas se lier fortement aux quarks. Les masses du muon et du tau sont respectivement de 105,7 et de 1 777 MeV (en équivalent énergie), soit 207 et 3 480 fois plus élevées que celle de l'électron
Découverts en 1937 parmi les rayons cosmiques, les muons sont principalement produits comme débris de la désintégration finale des mésons chargés (le méson π–, par exemple, se désintègre en un muon et un antineutrino). L'absence d'interactions nucléaires fortes, leur masse suffisante et leur durée de vie conséquente font que les muons de haute énergie traversent aisément de grandes quantités de matière. Cela permet de les reconnaître comme étant les seules particules chargées qui survivent au passage à travers un blindage de plusieurs tonnes d'acier. Le muon a une durée de vie de 2,196 981 microsecondes et il se désintègre avec une probabilité très proche de 100 % en un électron, un neutrino et un antineutrino.
La découverte, en août 1975, du lepton chargé τ- et de son antiparticule τ+ fut une surprise pour les physiciens des particules. L'analyse méticuleuse des particules produites lors des processus d'annihilation d'électrons et de positrons de haute énergie au laboratoire SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) de l'université Stanford en Californie permit à l'équipe de Martin Perl (1927-2014, Prix Nobel 1995 pour cette découverte) et de Burton Richter (1931-2018, Prix Nobel 1976) de distinguer la fugitive apparition de ce nouveau lepton τ et de mesurer quelques-unes de ses caractéristiques. Sa vie moyenne est de 290 femtosecondes (1 fs = 10–15 seconde). Il possède de nombreux canaux de désintégration, les plus caractéristiques donnant naissance à un électron ou à un muon, accompagnés d'un neutrino et d'un antineutrino.
Muons et tau sont amplement produits lors des collisions de particules de grande énergie étudiées en détail auprès des grands accélérateurs de particules. Une conclusion possible à ces travaux est que la nécessité de l'existence de ces leptons lourds ne s'impose guère eu égard à la construction des édifices atomiques de la matière et on peut les voir comme une marque de l'étonnante surabondance des particules élémentaires. Le rapport de leurs masses à celle de l'électron n'est expliqué par aucun modèle réaliste. On ne peut pas les considérer comme des états excités de l'électron, car ils ne se désintègrent jamais en un électron et un photon – la limite actuelle de l'occurrence d'une telle désintégration pour le muon est inférieure à 10-12. Pour distinguer ces leptons lourds de l'électron, on a introduit des nombres quantiques - appelés respectivement nombre leptonique électronique, muonique ou tauique) qui seraient conservés pour une raison mystérieuse. Le phénomène d'oscillation des neutrinos semble cependant mettre à mal ce concept.
La suite de cet article est accessible aux abonnés
- Des contenus variés, complets et fiables
- Accessible sur tous les écrans
- Pas de publicité
Déjà abonné ? Se connecter
Écrit par
- Jean-Eudes AUGUSTIN : directeur de recherche au C.N.R.S.
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
Classification
Médias
Cercle d'atomes de fer
Courtesy IBM Research, Almaden Research Center
Électron : propriétés
Encyclopædia Universalis France
Joseph Thomson
Keystone/ Hulton Archive/ Getty Images
Autres références
-
DÉTECTEURS DE PARTICULES
- Écrit par Pierre BAREYRE , Jean-Pierre BATON , Georges CHARPAK , Monique NEVEU et Bernard PIRE
- 10 978 mots
- 12 médias
Une chambre à étincelles est faite d'un ensemble d'électrodes parallèles plongées dans un gaz noble à la pression atmosphérique. le passage d'une particule chargée éjectent des électrons d' ionisation des atomes du gaz. Ceux-ci peuvent acquérir suffisamment d'énergie dans un champ électrique... -
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES
- Écrit par Maurice JACOB et Bernard PIRE
- 8 172 mots
- 12 médias
...l'ordre de 10—15 m. Les noyaux sont constitués de protons et de neutrons, liés entre eux d'une façon assez compacte. Dans l'atome, des électrons (de charge — e) compensent, par leur nombre, la charge Ze du noyau correspondant au nombre de protons qui s'y trouvent. Les électrons... -
ACCÉLÉRATEURS DE PARTICULES
- Écrit par Michel CROZON et Jean-Louis LACLARE
- 3 528 mots
- 3 médias
...Ainsi, les physiciens se préoccupent déjà de la machine qui succédera au L.H.C. Selon la logique évoquée ci-dessus, tous s'accordent pour estimer que des collisions électron-positron constituent la meilleure voie pour des études détaillées et précises dans le domaine d'énergie et de masse situé entre 100... -
ANTIMATIÈRE
- Écrit par Bernard PIRE et Jean-Marc RICHARD
- 6 931 mots
- 4 médias
- Afficher les 110 références
