Tau (Teilchen)

Die Suche nach Tau begann 1960 am CERN durch die Gruppe Bologna-CERN-Frascati (BCF) unter Leitung von Antonino Zichichi. Zichichi hatte die Idee eines neuen sequentiellen schweren Leptons, das nun Tau genannt wurde, und erfand eine Suchmethode. Er führte 1969 ein Experiment in der ADONE-Anlage durch, nachdem der Beschleuniger in Betrieb genommen worden war, aber der von ihm verwendete Beschleuniger hatte nicht genug Energie, um nach Tau-Teilchen zu suchen.

Das Tau wurde 1971 in einer Arbeit von Yung-su Tsai unabhängig voneinander vorausgesagt. Das Tau, das die Theorie für diese Entdeckung lieferte, wurde in einer Reihe von Experimenten zwischen 1974 und 1977 von Martin Lewis Perl mit seinen und Tsais Kollegen am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) und am Lawrence Berkeley National Laboratory (LBL) nachgewiesen. Ihre Ausrüstung bestand aus dem damals neuen
e+
–
e-
Kollisionsring des SLAC, genannt SPEAR, und dem magnetischen Detektor des LBL. Sie konnten Leptonen, Hadronen und Photonen nachweisen und unterscheiden. Sie entdeckten das Tau nicht direkt, sondern entdeckten anomale Ereignisse:

Wir haben 64 Ereignisse der Form

e+
+
e-
→
e±
+
μ∓
+ mindestens zwei unentdeckte Teilchen

für die wir keine konventionelle Erklärung haben.

Die Notwendigkeit von mindestens zwei unentdeckten Teilchen wurde durch die Unfähigkeit gezeigt, Energie und Impuls mit nur einem Teilchen zu erhalten. Es wurden jedoch keine anderen Myonen, Elektronen, Photonen oder Hadronen nachgewiesen. Es wurde vorgeschlagen, dass es sich bei diesem Ereignis um die Produktion und den anschließenden Zerfall eines neuen Teilchenpaares handelt:

e+
+
e-
→
τ+
+
τ-
→
e±
+
μ∓
+ 4
ν

Dies war schwer zu verifizieren, denn die Energie zur Erzeugung des
τ+
τ-
Paares ist ähnlich hoch wie die Schwelle für die Produktion von D-Mesonen. Die Masse und der Spin des Tau wurden später durch Arbeiten bei DESY-Hamburg mit dem Doppelarmspektrometer (DASP) und bei SLAC-Stanford mit dem SPEAR Direct Electron Counter (DELCO) bestimmt.

Das Symbol τ wurde vom griechischen τρίτον (Triton, was auf Englisch „third“ bedeutet) abgeleitet, da es das dritte entdeckte geladene Lepton war.

Martin Lewis Perl teilte sich den Nobelpreis für Physik 1995 mit Frederick Reines. Letzterer erhielt seinen Teil des Preises für die experimentelle Entdeckung des Neutrinos.