लेप्टॉन (Lepton)

कणभौतिकीच्या मानक प्रतिकृतीनुसार (standard model) लेप्टॉन हे क्वार्कांप्रमाणेच मूलभूत कण आहेत. लेप्टॉन हे प्रबल आंतरक्रियाशील नसतात आणि अबल व विद्युतचुंबकीय आंतरक्रियांद्वारा क्रियाशील असतात. लेप्टॉनांचे दोन प्रकार आहेत. एका प्रकारचे लेप्टॉन विद्युतभारित असतात तर दुसऱ्या प्रकारचे विद्युतभारविरहित असतात. त्यां सर्वांची आभ्राससंख्या (spin) १/२ आहे. म्हणजेच ते फेर्मिऑन (Fermions) आहेत. त्यांची तीन पिढ्यांमध्ये (generation) वर्गवारी केलेली आहे. सर्व लेप्टॉनांची मूलभूत माहिती सोबतच्या कोष्टकात दिली आहे.

नाव आणि चिन्ह	प्रतिकण	पिढी	विद्युतभार	स्थैर्य	वस्तुमान (MeV)
इलेक्ट्रॉन ( $e^-$ )	( $e^+$ )	प्रथम	-१	स्थिर	०.५१
इलेक्ट्रॉन-न्यूट्रिनो ( $\nu_e$ )	( $\bar \nu_e$ )	प्रथम	०	माहित नाही	<०.०००००२
म्यूऑन ( $\mu^-$ )	( $\mu^+$ )	द्वितीय	-१	२.१९७ x १०^-६सें.	१०५.६६
म्यूऑन-न्यूट्रिनो ( $\nu_\mu$ )	( $\bar\nu_\mu$ )	द्वितीय	०	माहित नाही	< ०.१७
टाऊ ( $\tau^-$ )	( $\tau^+$ )	तृतीय	-१	२.९ x १०^-१३ सें.	१७७७
टाऊ-न्यूट्रिनो ( $\nu_\tau$ )	( $\bar\nu_\tau$ )	तृतीय	०	माहित नाही	< १५.५

इतिहास :

इलेक्ट्रॉन (Electron): इलेक्ट्रॉनचा शोध १८९७ मध्ये जे. जे. टॉमसन (J. J. Thomson) यांंनी लावला. किंबहुना इलेक्ट्रॉन हा माहित झालेला पहिला मूलभूत कण आहे. इलेक्ट्रॉनचे वस्तुमान, विद्युतभार आणि आभ्राससंख्या त्यांच्या विद्युतचुम्बकीय आंतरक्रियांद्वारा कळते. इलेक्ट्रॉन हा स्थायी कण आहे असे समजले जाते. त्याचा ऱ्हास कोणत्याही प्रयोगात आढळलेला नाही.

इलेक्ट्रॉन

म्यूऑन (Muon) : म्यूऑनचा शोध १९३६ मध्ये कार्ल डी. ॲंडरसन ( Karl D. Anderson) याने विश्वकिरणांच्या संशोधनात लावला. सुरवातीस या कणास मेसॉन (Meson) म्हणण्यात आले आणि तो प्रबल आंतरक्रियांमध्ये (Strong interaction) भाग घेतो असा समज होता. परंतु नंतर असा मेसॉन ( $\pi$ मेसॉन) विश्वकिरणांच्या संशोधनात सापडला आणि $\mu$ मेसॉन प्रबल आंतरक्रियाशील नाही हे कळले. त्याच्या वस्तुमानाची आणि विद्युतभाराची कल्पना म्यूऑनने छायाचित्रपट्टीत (photographic plate) सोडलेल्या रेखापथांद्वारे (tracks) मिळते. म्यूऑन अस्थायी कण आहे. त्याच्या ऱ्हासासंबंधी माहितीसुद्धा त्याच्या छायाचित्रपट्टीटील रेखापथांमधून मिळते. त्याच्या ऱ्हासाचे समीकरणे

$\mu^-&-->e^-+\bar\nu_e+\nu_\mu$

आणि

$\mu^+&-->e^+\nu_e +\bar\nu_e$

अशी आहेत. छायाचित्रपट्टीत इलेक्ट्रॉन आणि म्यूऑन न्यूट्रिनोंचे रेखापथ, त्यांना विद्युतभार नसल्याने मिळत नाहीत. त्यामुळे, रेखापट्टीत फक्त म्यूऑन आणि इलेक्टॉन यांचे रेखापथ दिसतात. त्यांद्वारे म्यूऑनचा विद्युतभार आणि वस्तुमान यांची माहिती मिळते.

टाऊ (Tau) : टाऊ लेप्टॉनचा शोध १९७४ आणि १९७७ च्या दरम्यान मार्टिन लुई पर्ल (Martin Lewis Perl)आणि त्याच्या साथिदारांनी स्टॅनफोर्ड लीनियर ॲक्सलरेटर सेंटर (Stanford Linear Accelerator Center) आणि लॉरेन्स बर्कली नॅशनल लॅबोरेटरी (Lawrence Berkeley National Laboratory) यांमधील प्रयोगांद्वारे लागला.

न्यूट्रिनो (Neutrino) : न्यूट्रिनोची संकल्पना व्होल्फगांग पाउली (Wolfgang Pauli) याने १९३० मध्ये मांडली. यामागची कारणे, बीटा ऱ्हासांमध्ये दिसून येणारे ऊर्जेच्या आणि आभ्राससंख्येच्या अक्षय्यतेच्या नियमांचे उल्लंघन होते. पाउली यांनी अशी कल्पना मांडली की बीटा ऱ्हासात इलेक्ट्रॉन (अथवा प्रतिइलेक्ट्रॉन) यांच्या बरोबर एक विद्युतभारविरहित आणि आभ्राससंख्या १/२ असलेला कण निर्माण होतो. तो विद्युतभारविरहित असल्याने तो प्रयोगांत दिसत नाही परंतु त्याच्यामुळे ऊर्जेच्या आणि आभ्राससंख्येच्या अक्षय्यतेच्या नियमांचे बीटा ऱ्हासात पालन होते. त्याने या कणास न्यूट्रिनो (little one) असे नाव दिले.

न्यूट्रिनो विद्युतभारविरहित असल्याने त्याचे संसूचन करणे अतिशय अवघड आहे. त्याचे अस्तित्व त्याच्या अणुकेंद्रांबरोबरच्या आंतरक्रियांद्वारे कळू शकते. परंतु ही आंतरक्रिया अबल (weak) आहे. त्यामुळे न्यूट्रिनोंच्या संसूचनासाठी त्यांच्या मोठ्या स्रोतांची आणि आकाराने मोठ्या संसूचकाची जरूरी असते. अणुभट्टी हा असा स्रोत आहे. सी. एल्. कॉवन (Clyde Cowan) आणि फ्रेडरिक राइनेस (Frederick Rhines) यांनी १९५६ मध्ये प्रथम संसूचन केले. हे न्यूट्रिनो इलेक्ट्रॉन-न्यूट्रिनो होते. म्यूऑन-न्यूट्रिनोंचे संसूचन १९६२ मध्ये लीऑन मॅक्स लेडरमन (Leon M. Lederman), मेल्व्हिन इव्हार्त्स (Melvin Schwartz) आणि जॅक स्टाइनबर्गर (Jack Steinberger) यांनी केले. टाऊ-न्यूट्रिनोचा शोध लागल्याचे फर्मी लॅबच्या डोनट (DONUT) कोलॅबोरेशनने २००० मध्ये जाहीर केले.

न्यूट्रिनो

१. वस्तुमान व विद्युतभार : तीनही विद्युतभारित लेप्टॉनांमध्ये त्यांच्या वस्तुमानाव्यतिरिक्त काहीही फरक नाही. त्यांचा विद्युतभार आणि आभ्राससंख्या सारखी आहे. परंतु त्यांच्या वस्तुमानांमध्ये बराच फरक आहे. विशेषतः इलेक्ट्रॉन आणि म्यूऑन यांच्या वस्तुमानांच्या तूलनेत टाऊ लेप्टॉनचे वस्तुमान बरेच अधिक आहे. असे का आहे यासंबंधी काहीही माहिती सध्या उपलब्ध नाही. म्हणजे ही मानक प्रतिकृतीतील तृटी आहे असे समजले जाते.

सुरवातीस न्यूट्रिनोंचे वस्तुमान शून्य आहे असे मानले जात होते. परंतु आता असे आढळून आले आहे की त्यांचे वस्तुमान अत्यंत कमी असले तरी शून्य नसते आणि तीन प्रकारच्या न्यूट्रिनोंच्या वस्तुमानांत फारच थोडा फरक आहे. त्यांचे वस्तुमान अजूनपर्यंत मोजता आलेले नाही. परंतु असे आढळून आलेले आहे की, एका प्रकारच्या न्यूट्रिनोचे दुसऱ्या प्रकारच्या न्यूट्रिनोत परावर्तन होऊ शकते. उदा., सूर्यामध्ये हायड्रोजनचे हीलियममध्ये परिवर्तन होत असतांना इलेक्ट्रॉन-न्यूट्रिनो तयार होतात. परंतु पृथ्वीवर येईपर्यंत त्यांपैकी बऱ्याच न्यूट्रिनोंचे म्यूऑन-न्यूट्रिनोंमध्ये परिवर्तन होते. या क्रियेला न्यूट्रिनो-दोलन (neutrino oscillation) असे म्हणतात. विविध प्रयोगांमध्ये न्यूट्रिनोंचे दोलन आढळून आले आहे. (सौर आणि वातावरणीय न्यूट्रिनोंचे कोडे; Solar and Atmospheric Neutrino Puzzle).

२. परिवलनाची दिशा : अबल आंतरक्रियांमध्ये फक्त वामावर्ती (left-handed) न्यूट्रिनो भाग घेतात असे आढळून आले आहे. म्हणजे अबल आंतरक्रियांमध्ये भाग घेणाऱ्या न्यूट्रिनोंच्या परिवलनाची दिशा (spin direction) त्यांच्या संवेगाच्या विरुद्ध दिशेतच असते. या उलट दक्षिणावर्ती (right-handed) न्यूट्रिनो इतर कणांबरोबर कोणतीही आंतरक्रिया करीत नाहीत. या गुणधर्मामुळे पॅरिटीच्या अक्षय्यतेच्या नियमाचा भंग होतो.