Los Leptones

Los leptones y los quarks son los bloques de construcci�n b�sicos de la materia, es decir, que son vistos como las "part�culas elementales". Hay seis leptones en la estructura actual, el electr�n, el mu�n, las part�culas tau y sus neutrinos asociados. Las diferentes variedades de las part�culas elementales se denominan com�nmente "sabores", y los neutrinos aqu� se considera que tienen sabores distintivamente diferentes.

Los principios importantes para todas las interacciones de part�culas son, la conservaci�n del n�mero de leptones y la conservaci�n del n�mero bari�nico.

Ahora que tenemos evidencia experimental de seis leptones, una pregunta pertinente es "�Hay m�s?". El modelo est�ndar actual supone que no hay m�s de tres generaciones. Una de las piezas de la evidencia experimental de esto, es la abundancia de la proporci�n de hidr�geno/helio medida en el universo. Cuando se modela el proceso de nucleos�ntesis del Big Bang, el n�mero de tipos de neutrinos afecta a la abundancia de helio. La abundancia observada est� de acuerdo con tres tipos de neutrinos.

El Electr�n y el Positr�n

El electr�n como uno de los leptones, es considerado como una de las part�culas fundamentales. Es un fermi�n de esp�n 1/2 y por lo tanto est� limitado por el principio de exclusi�n de Pauli, un hecho que tiene implicaciones importantes en la construcci�n de la tabla peri�dica de elementos.

El positr�n, la antipart�cula del electr�n, es id�ntico en masa, pero tiene una carga positiva. Si un electr�n y un positr�n se encuentran entre s�, se aniquilan produciendo dos rayos gamma. Por otra parte, uno de los mecanismos para la interacci�n de la radiaci�n con la materia, es la producci�n del par electr�n-positr�n. Asociado con el electr�n est� el neutrino electr�nico.

El Mu�n

El mu�n es un lept�n que decae para formar un electr�n o un positr�n.

El hecho de que el decaimiento de arriba es un decaimiento de tres part�culas es un ejemplo de la conservaci�n del n�mero de leptones; en el decaimiento debe haber un neutrino electr�nico y un neutrino mu�n o un antineutrino.

El tiempo de vida del mu�n es 2,20 microsegundos. El mu�n se produce en la atm�sfera superior por el decaimiento de piones producidos por rayos c�smicos:

La medici�n del flujo de muones de los rayos c�smicos originados a diferentes alturas sobre la tierra, es un importante experimento de la dilataci�n del tiempo en la relatividad.

Los muones constituyen m�s de la mitad de la radiaci�n c�smica a nivel del mar, siendo el resto principalmente electrones, positrones y fotones de eventos en cascada. (Richtmyer). El flujo de muones promedio a nivel del mar, es de aproximadamente 1 mu�n por cent�metro cuadrado por minuto

La Part�cula Tau

La part�cula tau es la m�s masiva de los leptones, tiene una masa en reposo de unas 3.490 veces la masa del electr�n, que tambi�n es un lept�n. Su masa es unas 17 veces mayor que la del mu�n, el otro lept�n masivo.

Aniquilaci�n del Positr�n

El positr�n es la antipart�cula del electr�n, cuando un positr�n entra en cualquier materia normal, encontrar� una abundante fuente de electrones con los que aniquilarse. La energ�a liberada por la aniquilaci�n forma dos rayos gamma de alta energ�a, y tomando los momento de los positrones y electrones antes de la aniquilaci�n, los dos fotones de rayos gamma deben viajar en direcciones opuestas con el fin de conservar el momento.

Estos rayos gamma coincidentes a 180 grados proporcionan una herramienta de an�lisis �til. Por un lado, la eliminaci�n de todos los eventos gamma que no son coincidentes a 180 grados, mejora la relaci�n se�al-ruido de los experimentos que utilizan la aniquilaci�n de positrones. Otra aplicaci�n interesante es el uso de los rayos gammas coincidentes, para localizar la fuente por retro-proyecci�n. Esto se utiliza en medicina en los esc�neres PET.

Producci�n de Pares Electr�n-Positr�n

Cuando un fot�n tiene una energ�a cu�ntica m�s alta que la energ�a de masa en reposo de un electr�n m�s un positr�n, una de las maneras que tal fot�n interact�a con la materia es mediante la producci�n de un par electr�n-positr�n.

La energ�a de masa en reposo del electr�n es 0,511 MeV, as� que por encima de 1,022MeV de energ�a fot�nica, es posible la producci�n de pares. Para energ�as de fot�n muy por encima de este umbral, la producci�n de pares se convierte en el modo dominante de la interacci�n de los rayos X y los rayos gamma con la materia.

Propiedades de los Leptones