لبتون

لبتون (بالإنجليزية: lepton)‏ هو جسيم أولي ومكون أساسي للمادة. وأشهر اللبتونات المعروفة هو الالكترون والذي يحكم عمليات الكيمياء كلها لأنه موجود في أغلفة الذرات وترتبط به الخصائص الكيميائية كلها. وتوجد فئتين أساسيتين للبتونات: المشحونة منها (وتعرف أيضا بلبتونات شبيه-الإلكترون)، ومحايدة (المشهورة باسم نيترينو). ويمكن للبتونات المشحونة أن تندمج مع جسيمات أخرى لتكوين جسيمات مركبة مثل الذرات وذرة الميونيوم الغريبة وبوزيترونيوم، بينما النيترينو فهو ضعيف التفاعل مع المادة فهو نادرا الرصد. هناك ست أنواع من اللبتونات وتعرف باسم النكهات وتكون ثلاثة أجيال. أول جيل منها هو اللبتونات الإلكترونية وتشمل الإلكترونات (e−) والكترون نيترينو (νe); والجيل الثاني هو اللبتونات الميونية وتشمل الميوون (μ−) وميوون نيترينو (νμ); أما الجيل الثالث فيسمى اللبتونات التاوونية وتشمل تاوون (τ−) وتاو نيترينو (ντ). 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 الطاقة العالية (مثل تلك التي تنتج من الأشعة الكونية والاصطدامات التي تُدرس في معجلات الجسيمات). لدى اللبتونات عدة خصائص جوهرية مثل الشحنة الكهربائية واللف والكتلة. وعلى عكس الكواركات فهي لا تخضع للتفاعل القوي ولكنها تخضع للتفاعلات الأساسية الثلاث الأخرى: الكهرومغناطيسية (ماعدا النيترينوات والتي هي محايدة كهربائيا) والجاذبية والتفاعل الضعيف. لكل نكهة لبتون يقابلها نوع من الجسيمات المضادة تسمى ب وهي تختلف عن اللبتون فقط في أنها مساوية بالحجم ومعاكسة بالشحنة. ومع هذا فإنه وفقا لنظريات معينة قد يكون للنيوترينو ، ولكن حاليا لا يزال غير معروف ماإذا كانت تلك الحالة صحيحة أم لا. ظهر الإلكترون وهو أول اللبتونات المشحونة نظريا في منتصف القرن التاسع عشر عن طريق عدة علماء حتى اكتشفه العالم طومسون سنة 1897. ثم بدأت الملاحظة باللبتون التالي وهو الميوون، ثم اكتشفه العالم كارل أندرسون سنة 1936، ولكن صنف خطأ على أنه ميزون في ذاك الوقت. ولكن بعد التدقيق استدل على أن ليس للميوون أي خصائص متوقعة للميزون، ولكن لها تصرفات شبيهة بالإلكترون ولكن بكتلة أكبر. ولم يظهر اقتراح فكرة اللبتون بأنها عائلة جسيمات إلا سنة 1947. أول نيترينو وهو الكترون نيترينو فقد اقترحه العالم فولفغانغ باولي سنة 1930 لشرح بعض خصائص تحلل البيتا، حيث تمت ملاحظتها أول مرة في تجربة النيوترينو التي أجراها العالمان الفيزيائيان كلايد كوان وفريدريك راينس سنة 1956. واكتشف الميوون نيوترينو سنة 1962 كلا من ليون ليدرمان وملفن شفارتز وجاك شتاينبرجر. أما التاوون فقد اكتشفه مارتن بيرل ومساعدوه من ومختبر لورنس بيركلي الوطني ما بين سنة 1974 و1977. تعتبر اللبتونات جزءا أساسيا في نظرية النموذج العياري. فالإلكترونات هي إحدى مكونات الذرات بجانب البروتونات والنيوترونات. أما الذرات الشاذة فيمكن توليفها مع الميوونات والتاوونات بدلا من الإلكترونات، كما هو الحال في جسيمات اللبتون-ونقيض اللبتون مثل بوزيترونيوم. أو يمكن تكوين ذرات غريبة مكونة من ميزون (موجب الشحنة) وإلكترون، مثل .ومن خصائص الميزونيوم أن له طيف مشابه تماما لطيف الهيدروجين ويمكن تطبيق «معادلة ريدبرج» للطيف عليه.