لبتون (فيزياء)

أصل الكلمة

أتى اسم لبتون من الكلمة اليونانية "λεπτόν" (لبتون) وهو فعل لكلمة "λεπτός" (لبتوس) وتعني "صغير-ناعم-رقيق"، واٌقدم مصدر موثق لشكل الكلمة هي"ري-بو-تو" باليونانية الميسينية مكتوبة بالنص الصوتي المسمى خطي باء، وأول من استخدم تلك الكلمة هو الفيزيائي ليون روزنفيلد سنة 1948:بناء على اقتراح البروفيسور مولر اتبنى اسم "ليبتون" (من λεπτός: صغيرة- رقيقة-حساسة) -وبوصفه رابط ل"نوكليون"- للدلالة على جسيمات ذات كتلة صغيرة.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 (0.511 MeV/c²)‏، وكتلة الميوون (تقديري 105.7 MeV/c²)‏ هي كسور صغيرة مقارنة لكتلة البروتون "الثقيلة" (938.3 MeV/c²)‏. ولكن عندما ظهر التاوون في منتصف السبعينات فإن كتلته (1777 MeV/c²)‏ هو يعني ضعف كتلة البروتون وتقريبا 3500 مرة من الالكترون.

اللف واللاتناظرية

اللف المغزلي لجسيمات البتونات هو ¹⁄₂. ومن ثم فنظرية احصاء اللف تعني أنهم فرميونات وبالتالي تخضع لمبدأ استبعاد باولي: لا يمكن للبتونين اثنين من نفس النوع أن يكونا في نفس الحالة تماما وفي نفس الوقت. وعلاوة، فإن هذا يعني أن اللبتون يمكن أن يكون في حالتي لف وهما إلى الأعلى أو الأسفل.خاصية لاتناظرية هي خاصية وثيقة الصلة هنا، وهي بدورها مرتبطة ارتباطا وثيقا بخاصية بادية للعيان بسهولة وهي الحلزونية. فحلزونية الجسيمات هو اتجاه لفها بالنسبة إلى 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 نظريات الحقل الكمومي مثل كهروديناميكا كمية وديناميكا 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 انتهاك التكافؤ. كثيرا ما يرمز مجالات اليسرى بالحرف اللاتيني "L" (مثال على ذلك e⁻ L) بينما يرمز المجال الأيمن بالحرف "R".

الكتلة

يبدأ كل لبتون في النموذج القياسي بلا كتلة صحيحة. أما اللبتونات المشحونة (مثل الإلكترون والميون وتاو) فإنها تنال كتلتها خلال التفاعل مع مجال هيغز، ولكن تبقى النيوترينوات عديمة الكتلة. لأسباب فنية فإن انعدام كتلة النيوترينوات يعني أنه لا يوجد خلط بين مختلف أجيال اللبتونات المشحونة كما هو في الكواركات. ويتفق ذلك كثيرا مع الملاحظات التجريبية الحالية.ومن المعروف أنه من التجارب - وأبرزها تذبذب النيوترينوات المرصودة - أن النيوترينوات في الواقع لها كتلة صغيرة جدا أي أقل من 2 eV/c²‏. وهذا يعني أن هناك فيزياء فيزياء ما وراء النموذج العياري. وحاليا الإمتداد الأكثر تفضيلا هو ما يسمى آلية التأرجح التي من شأنها أن تفسر لماذا النيوترينوات اليسرى خفيفة جدا مقارنة مع مطابقتها من اللبتونات المشحونة، ولماذا لم نر حتى الآن نيوترينوات يمنى؟