Tau (hiukkanen)

Taun etsiminen alkoi vuonna 1960 CERNissä Antonino Zichichin johtaman Bologna-CERN-Frascati (BCF) ryhmän toimesta. Zichichi keksi idean uudesta peräkkäisestä raskaasta leptonista, jota nyt kutsutaan tauksi, ja keksi etsintämenetelmän. Hän suoritti kokeen ADONE-laitoksessa vuonna 1969 kiihdyttimen tultua toimintakuntoon, mutta hänen käyttämänsä kiihdyttimen energia ei kuitenkaan riittänyt tau-hiukkasen etsimiseen.

Tau ennakoitiin itsenäisesti Yung-su Tsain vuonna 1971 julkaisemassa artikkelissa. Tarjoten teorian tälle löydölle, tau havaittiin sarjassa kokeita vuosina 1974-1977, jotka Martin Lewis Perl teki hänen ja Tsain kollegojensa kanssa Stanfordin lineaarikiihdytinkeskuksessa (SLAC) ja Lawrence Berkeleyn kansallisen laboratorion (LBL) ryhmässä. Heidän laitteistonsa koostui SLAC:n tuolloin uudesta
e+
–
e-
kollidointirenkaasta, jota kutsuttiin SPEARiksi, ja LBL:n magneettidetektorista. Niillä voitiin havaita ja erottaa toisistaan leptonit, hadronit ja fotonit. He eivät havainneet tau:ta suoraan, vaan havaitsivat anomaalisia tapahtumia:

Me olemme havainneet 64 tapahtumaa, jotka ovat muotoa

e+
+
e-
→
e±
+
μ∓
+ ainakin kaksi havaitsematonta hiukkasta

joille meillä ei ole perinteistä selitystä.

Vähintään kahden huomaamattoman hiukkasen tarpeen osoitti kyvyttömyys säilyttää energiaa ja impulssia vain yhdellä hiukkasella. Muita myoneja, elektroneja, fotoneja tai hadroneja ei kuitenkaan havaittu. Ehdotettiin, että tämä tapahtuma oli uuden hiukkasparin syntyminen ja sitä seuraava hajoaminen:

e+
+
e-
→
τ+
+
τ-
→
e±
+
μ∓
+ 4
ν

Tätä oli vaikea todentaa, koska
τ+
τ-
parin tuottamiseen tarvittava energia on samankaltainen kuin D-mesonin tuottamisen kynnysarvo. Tau:n massa ja spin määritettiin sittemmin DESY-Hamburgissa tehdyssä työssä Double Arm Spectrometer (DASP) -mittarilla ja SLAC-Stanfordissa SPEAR Direct Electron Counter (DELCO) -mittarilla

Tunnus τ johdettiin kreikan kielen τρίτον (triton, englanniksi ”kolmas”) sanasta, koska se oli kolmas löydetty varattu lepton.

Martin Lewis Perl jakoi vuoden 1995 fysiikan Nobel-palkinnon Frederick Reinesin kanssa. Jälkimmäinen sai osuutensa palkinnosta neutriinon kokeellisesta löytämisestä.