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Category:レプトン |
+Infobox particle |
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{{Infobox particle
| 背景色 =
| 名前 = レプトン
| 画像 = [[File:Beta Negative Decay.svg|200px]]
| 説明 = レプトンは、[[ベータ崩壊]]などいくつかの過程に関与する.
| 型数 = 6 （[[電子]]、[[電子ニュートリノ]]、[[ミュー粒子]]、[[ミューニュートリノ]]、[[タウ粒子]]、[[タウニュートリノ]])
| 分類 =
| 組成 = [[素粒子]]
| 統計 = [[フェルミ粒子]]
| グループ =
| 世代 = 第一、第二、第三世代
| 相互作用 = [[弱い相互作用]]</br>[[電磁相互作用]]</br>[[重力相互作用]]
| 粒子 =
| 反粒子 = 反レプトン ({{粒子の記号|反l}})
| ステータス =
| 理論化 =
| 発見 =
| 記号 = {{粒子の記号|l}}
| 質量 =
| 平均寿命 =
| 崩壊粒子 = 安定
| 電荷 = 0, ±1 [[素電荷|e]]
| 荷電半径 =
| 電気双極子モーメント =
| 電気的分極率 =
| 磁気モーメント =
| 磁気的分極率 =
| 色荷 = 持たない
| スピン = {{frac|1|2}}
| スピン状態数 =
| レプトン数 =
| バリオン数 = 0
| ストレンジネス =
| チャーム =
| ボトムネス =
| トップネス =
| アイソスピン =
| 弱アイソスピン =
| 弱アイソスピン_3 =
| 超電荷 =
| 弱超電荷 =
| カイラリティ =
| B-L =
| X荷 =
| パリティ =
| Gパリティ =
| Cパリティ =
| Rパリティ =
}}
'''レプトン''' (lepton) は、[[素粒子]]のグループの一つであり、[[クォーク]]とともに[[物質]]の基本的な構成要素である<ref>
{{cite web
|author=
|title=Lepton (physics)
|url=http://www.britannica.com/EBchecked/topic/336940/lepton
|work=[[Encyclopædia Britannica]]
|year=
|accessdate=2010-09-29
}}</ref>。'''軽粒子'''とも呼ばれるが、[[物理学者|素粒子物理学者]]がこの名前で呼ぶことは殆どない。
レプトンという語は、[[ギリシャ語]]で「軽い」を意味する"λεπτόν" ("leptos") と粒子を意味する接尾語"-on"から、1948年に[[w:Léon Rosenfeld|レオン・ローゼンフェルト]]よって作られた。
== 概要 ==
レプトンは、現在の実験的事実から内部構造を持たないとされており、[[クォーク]]、[[ゲージ粒子]]および[[ヒッグス粒子]]とともに[[標準模型]]を構成する素粒子のグループである。レプトンは、電荷を持つ[[荷電レプトン]]および中性の[[ニュートリノ]]と大きく分類することができる。標準模型におけるレプトンは、荷電レプトンである[[電子]]・[[ミュー粒子]]・[[タウ粒子]]、および[[ニュートリノ]]である電子ニュートリノ、ミューニュートリノ、タウニュートリノの6種類があり、それぞれに[[反粒子]]が存在する。現在までに全てのレプトンおよび反レプトンが実験により発見されている。[[電子]]・[[ミュー粒子]]・[[タウ粒子]]の電荷は負であるが、それらの反粒子である[[陽電子]]・[[反ミュー粒子]]・[[反タウ粒子]]の電荷は正である。また、[[スピン角運動量|スピン]]は全て1/2である。
最もよく知られているレプトンは、[[原子]]の主要な構成物の[[電子]]である。これは、ほとんど全ての[[化学]]反応を司り、物質の[[w:chemical property|化学的性質]]と密接に関わってい荷電レプトンは、他の粒子と結合して[[原子]]や[[ポジトロニウム]]などのようなさまざまな[[複合粒子]]を形成することができる。一方、ニュートリノは、他の物質と相互作用することはほとんどなく、その結果、観測されることはめったにない。
== 性質 ==
レプトンは6種類（''[[フレーバー (素粒子)|フレーバー]]''）存在し、三つの''[[世代 (素粒子)|世代]]''を形成する<ref name="HyperphysicsLepton">
{{cite web
|author=R. Nave
|title=Leptons
|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Particles/lepton
|work=[[HyperPhysics]]
|publisher=[[Georgia State University]], Department of Physics and Astronomy
|year=
|accessdate=2010-09-29
}}</ref>。第一世代の''電子レプトン'' (electronic lepton) は、[[電子]] ({{粒子の記号|e-}}) および[[電子ニュートリノ]] ({{粒子の記号|νe}}) である。第二世代の''ミューレプトン'' (muonic lepton) は、[[ミュー粒子]] ({{粒子の記号|μ-}}) および [[μニュートリノ]] ({{粒子の記号|νμ}}) である。そして、第三世代の''タウレプトン'' (tauonic lepton) は、[[タウ粒子]] ({{粒子の記号|τ-}}) および[[タウニュートリノ]] ({{粒子の記号|ντ}}) である。電子の質量は荷電レプトンの中で最も軽く、より重たいミュー粒子とタウ粒子は[[粒子崩壊]]（高質量状態から低質量状態への変換）の過程を経てすぐに電子に変化する。このように電子は安定であり、[[宇宙]]の中で最も多く存在する荷電レプトンである。一方のミュー粒子とタウ粒子は、[[宇宙線]]や[[粒子加速器]]の中で起こるような[[高エネルギー物理学|高エネルギー]]衝突の中でしか生成されない。レプトンという語が定着した後に発見された[[タウ粒子]]は[[陽子]]より大きな[[静止質量]]を持っており、一方で、[[ニュートリノ]]は測定限界以下の質量しかもたない。近年[[スーパーカミオカンデ]]実験により、[[ニュートリノ]]が質量を持つことがほぼ確実となり、その質量の測定が[[素粒子物理学]]の大きな課題の一つになっている。
レプトンは、[[電荷]]、[[スピン (物理学)|スピン]]および[[質量]]などさまざまな固有の性質を持つ。[[クォーク]]や[[グルーオン]]およびそれらからなる[[ハドロン]]とは異なり、レプトンは[[強い相互作用]]の影響は受けないが、他の三つの[[基本相互作用]]の[[重力相互作用]]、[[電磁相互作用]]（ニュートリノは中性であるため電磁相互作用に関与しない）および[[弱い相互作用]]の影響を受ける。全てのレプトンのフレーバーについて、対応する[[反粒子]]が存在する。この反レプトンは、レプトンのいくつかの性質が大きさは等しいが符号が逆になった値（[[反数]]）を持つ。しかしながら、ある理論によっては、ニュートリノは[[マヨラナ粒子]]であり自身と同じ反粒子を持つとされるが、現状ではその正否は分かっていない。
電子は[[陽子]]や[[中性子]]とともに[[原子]]を構成する。電子の代わりにミュー粒子やタウ粒子で構成される[[異種原子]]やレプトンと反レプトンで構成される[[ポジトロニウム]]なども合成することができる。
== 歴史 ==
古くから[[電気]]現象として知られていた荷電レプトンである電子は、19世紀中頃になって何人かの理論家たちによって理論化され<ref name="farrar">
{{cite journal
|author=W.V. Farrar
|year=1969
|title=Richard Laming and the Coal-Gas Industry, with His Views on the Structure of Matter
|journal=[[Annals of Science]]
|volume=25 |pages=243–254
|doi=10.1080/00033796900200141
}}</ref><ref name="arabatzis">
{{cite book
|author=T. Arabatzis
|year=2006
|title=Representing Electrons: A Biographical Approach to Theoretical Entities
|url=http://books.google.com/?id=rZHT-chpLmAC&pg=PA70
|pages=70–74
|publisher=[[University of Chicago Press]]
|isbn=0226024210
}}</ref><ref name="buchwald1">
{{cite book
|author=J.Z. Buchwald, A. Warwick
|year=2001
|title=Histories of the Electron: The Birth of Microphysics
|url=http://books.google.com/?id=1yqqhlIdCOoC&pg=PA195
|pages=195–203
|publisher=[[MIT Press]]
|isbn=0262524244
}}</ref>、1897年に[[ジョゼフ・ジョン・トムソン]]によって発見された<ref name="thomson">
{{cite journal
|author=J.J. Thomson
|year=1897
|title=Cathode Rays
|url=http://web.lemoyne.edu/~GIUNTA/thomson1897.html
|journal=[[Philosophical Magazine]]
|volume=44 |page=293
}}</ref>。次に観測されたレプトンは[[ミュー粒子]]で、[[カール・デイヴィッド・アンダーソン]]によって1936年に発見された。これは当初、[[中間子]]として分類されていた<ref>
{{cite journal
|author=S.H. Neddermeyer, C.D. Anderson
|year=1937
|title=Note on the Nature of Cosmic-Ray Particles
|journal=[[Physical Review]]
|volume=51 |pages=884–886
|doi=10.1103/PhysRev.51.884
}}</ref>。調査が進むと、ミュー粒子は中間子の性質は持たないが、質量が重いことを除いては電子のような性質を持つことが判明した。1947年になって素粒子のグループとしての"レプトン"の概念が提唱された<ref name=LAS/>。レプトンという名称が最初に使われたのは1948年である<ref>[http://www.museumstuff.com/learn/topics/Lepton::sub::Etymology Lepton: Etymology]</ref>。第一世代のニュートリノである電子ニュートリノは、[[ヴォルフガング・パウリ]]によって1930年に[[ベータ崩壊]]の特定の現象をを説明するために提唱された<ref name=LAS/>。そして、これは[[w:Clyde Cowan|クライド・カワン]]および[[フレデリック・ライネス]]による[[w:Cowan–Reines neutrino experiment|カワン・ライネス ニュートリノ実験]]によって1956年に発見された<ref name=LAS>
{{cite journal
|author=
|year=1997
|title=The Reines-Cowan Experiments: Detecting the Poltergeist
|journal=[[Los Alamos Science]]
|volume=25 |issue= |page=3
|url=http://library.lanl.gov/cgi-bin/getfile?25-02.pdf
|accessdate=2010-02-10
}}</ref><ref>
{{cite journal
|author=F. Reines, C.L. Cowan, Jr.
|year=1956
|title=The Neutrino
|journal=[[Nature]]
|volume=178 |page=446
|doi=10.1038/178446a0
}}</ref>。ミューニュートリノ[[レオン・レーダーマン]]、[[メルヴィン・シュワーツ]]および[[ジャック・シュタインバーガー]]によって1962年に発見され<ref name="slac.stanford.edu">
{{cite journal
|author=G. Danby ''et al.''
|year=1962
|title=Observation of high-energy neutrino reactions and the existence of two kinds of neutrinos
|url=http://www.slac.stanford.edu/spires/find/hep/www?j=PRLTA,9,36
|journal=[[Physical Review Letters]]
|volume=9 |page=36
|doi=10.1103/PhysRevLett.9.36
}}</ref>、タウ粒子は[[SLAC国立加速器研究所]]および[[ローレンス・バークレー国立研究所]]の[[マーチン・パール]]らのチームによって1974年から1977年の間に発見された<ref>
{{cite journal
|author=M.L. Perl ''et al.''
|title=Evidence for Anomalous Lepton Production in {{粒子の記号|e+}}{{粒子の記号|e}} Annihilation
|url=http://prola.aps.org/pdf/PRL/v35/i22/p1489_1
|journal=[[Physical Review Letters]]
|volume=35 |issue=22 |page=1489
|year=1975
|doi=10.1103/PhysRevLett.35.1489
}}</ref>。[[タウニュートリノ]]は、2000年7月になって[[フェルミラボ]]の[[w:DONUT|DONUT]]により発見された<ref name=tauonpress>
{{cite press
|author=
|date=20 July 2000
|title=Physicists Find First Direct Evidence for Tau Neutrino at Fermilab
|url=http://www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/donut.html
|publisher=[[Fermilab]]
}}</ref><ref name=tauonpaper>
{{cite journal
|author=K. Kodama ''et al.'' ([[DONUT|DONUT Collaboration]]
|year=2001
|title=Observation of tau neutrino interactions
|journal=[[Physics Letters B]]
|volume=504 |page=218
|doi=10.1016/S0370-2693(01)00307-0
}}</ref>。
==レプトンの一覧表==
{| class="wikitable" style="text-align:center"
|+レプトンの性質
|-
! 粒子／反粒子名
! 記号
! [[世代 (素粒子)|世代]]
! [[電荷|Q]] ([[素電荷|e]])
! [[スピン (物理学)|S]]
! [[レプトン数|L<sub>e</sub>]]
! [[レプトン数|L<sub>μ</sub>]]
! [[レプトン数|L<sub>τ</sub>]]
! 質量 (MeV/c<sup>2</sup>)
! 平均寿命 ([[秒|s]])
! 崩壊生成物
|-
|style="text-align:left"| [[電子]]／[[陽電子]]<ref name="Electron">C. Amsler ''et al''. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s003.pdf Particle listings – {{粒子の記号|e-}}]</ref>
| {{粒子の記号|link=yes|e}}/{{粒子の記号|link=yes|反e}}
| 第一世代
| −1/+1
| {{frac|1|2}}
| +1/−1
| 0
| 0
| {{val|0.510998910|(13)}}
| 安定
| 安定
|-
|style="text-align:left"| [[ミュー粒子]]／[[反ミュー粒子]]<ref name="Muon">C. Amsler ''et al''. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s004.pdf Particle listings – {{粒子の記号|μ-}}]</ref>
| {{粒子の記号|link=yes|μ}}/{{粒子の記号|link=yes|反μ}}
| 第二世代
| −1/+1
| {{frac|1|2}}
| 0
| +1/−1
| 0
| {{val|105.6583668|(38)}}
| {{val|2.197019|(21)|e=-6}}
| {{粒子の記号|link=yes|e-}} + {{粒子の記号|link=yes|反νe}} + {{粒子の記号|link=yes|νμ}}
|-
|style="text-align:left"| [[タウ粒子]]／[[反タウ粒子]]<ref name="Tauon">C. Amsler ''et al''. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s035.pdf Particle listings – {{粒子の記号|τ-}}]</ref>
| {{粒子の記号|link=yes|τ}}/{{粒子の記号|link=yes|反τ}}
| 第三世代
| −1/+1
| {{frac|1|2}}
| 0
| 0
| +1/−1
| {{val|1776.84|(17)}}
| {{val|2.906|(10)|e=-13}}
| [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s035.pdf {{粒子の記号|τ-}}崩壊モード参照]
|-
|style="text-align:left"| [[電子ニュートリノ]]／<br/>[[反電子ニュートリノ]]<ref name="Neutrino">C.Amsler et al. (2008): [http://pdg.lbl.gov/2008/listings/s066.pdf Particle listings – Neutrino properties]</ref>
| {{粒子の記号|link=yes|νe}}/{{粒子の記号|link=yes|反νe}}
| 第一世代
| 0
| {{frac|1|2}}
| +1/−1
| 0
| 0
| < {{val|0.0000022}}<ref name="neutrinomass">J. Peltoniemi, J. Sarkamo (2005)</ref>
| 未知
|
|-
|style="text-align:left"| [[ミューニュートリノ]]／<br/>[[反ミューニュートリノ]]<ref name="Neutrino"/>
| {{粒子の記号|link=yes|νμ}}/{{粒子の記号|link=yes|反νμ}}
| 第二世代
| 0
| {{frac|1|2}}
| 0
| +1/−1
| 0
| < 0.17<ref name="neutrinomass" />
| 未知
|
|-
|style="text-align:left"| [[タウニュートリノ]]／<br/>[[反タウニュートリノ]]<ref name="Neutrino"/>
| {{粒子の記号|link=yes|ντ}}/{{粒子の記号|link=yes|反ντ}}
| 第三世代
| 0
| {{frac|1|2}}
| 0
| 0
| +1/−1
| < 15.5<ref name="neutrinomass" />
| 未知
|
|}
== 脚注 ==
<references/>
{{粒子の一覧}}
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