La búsqueda de tau comenzó en 1960 en el CERN por el grupo Bolonia-CERN-Frascati (BCF) dirigido por Antonino Zichichi. Zichichi tuvo la idea de un nuevo leptón pesado secuencial ahora llamado tau e inventó un método de búsqueda. Realizó el experimento en las instalaciones de ADONE en 1969 una vez que el acelerador entró en funcionamiento, sin embargo el acelerador que utilizó no tenía suficiente energía para buscar la partícula tau.
La tau fue anticipada de forma independiente en un artículo de 1971 por Yung-su Tsai. Proporcionando la teoría para este descubrimiento, la tau fue detectada en una serie de experimentos entre 1974 y 1977 por Martin Lewis Perl con sus colegas y los de Tsai en el grupo del Centro Acelerador Lineal de Stanford (SLAC) y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBL). Su equipo consistía en el entonces nuevo anillo de colisión
e+
–
e-
, llamado SPEAR, y el detector magnético del LBL. Pudieron detectar y distinguir entre leptones, hadrones y fotones. No detectaron la tau directamente, sino que descubrieron sucesos anómalos:
Hemos descubierto 64 sucesos de la forma
e+
+
e-
→
e±
+
μ∓
+ al menos dos partículas no detectadaspara las que no tenemos explicación convencional.
La necesidad de al menos dos partículas no detectadas se demostró por la incapacidad de conservar la energía y el momento con una sola. Sin embargo, no se detectaron otros muones, electrones, fotones o hadrones. Se propuso que este evento era la producción y posterior desintegración de un nuevo par de partículas:
e+
+
e-
→
τ+
+
τ-
→
e±
+
μ∓
+ 4
ν
Esto fue difícil de verificar porque la energía para producir el par
τ+
τ-
es similar al umbral de producción del mesón D. La masa y el espín del tau se establecieron posteriormente gracias a los trabajos realizados en DESY-Hamburgo con el Espectrómetro de Doble Brazo (DASP), y en SLAC-Stanford con el Contador Directo de Electrones SPEAR (DELCO),
El símbolo τ se derivó del griego τρίτον (tritón, que significa «tercero» en inglés), ya que fue el tercer leptón cargado descubierto.
Martin Lewis Perl compartió el Premio Nobel de Física de 1995 con Frederick Reines. Este último recibió su parte del premio por el descubrimiento experimental del neutrino.