Tau (deeltje)

De zoektocht naar tau begon in 1960 bij CERN door de Bologna-CERN-Frascati (BCF) groep onder leiding van Antonino Zichichi. Zichichichi kwam op het idee van een nieuwe opeenvolgende zware lepton die nu tau wordt genoemd en vond een zoekmethode uit. Hij voerde een experiment uit in de ADONE faciliteit in 1969 toen de versneller operationeel werd, maar de versneller die hij gebruikte had niet genoeg energie om naar tau deeltjes te zoeken.

De tau werd onafhankelijk geanticipeerd in een paper van Yung-su Tsai uit 1971. De theorie voor deze ontdekking leverend, werd de tau gedetecteerd in een serie experimenten tussen 1974 en 1977 door Martin Lewis Perl met zijn en Tsai’s collega’s in de Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) en Lawrence Berkeley National Laboratory (LBL) groep. Hun apparatuur bestond uit SLAC’s toen nieuwe
e+
–
e-
colliding ring, SPEAR genaamd, en de magnetische detector van LBL. Zij konden leptonen, hadronen en fotonen detecteren en van elkaar onderscheiden. Zij detecteerden de tau niet rechtstreeks, maar ontdekten eerder afwijkende gebeurtenissen:

Wij hebben 64 gebeurtenissen ontdekt van de vorm

e+
+
e-
→
e±
+
μ∓
+ ten minste twee onopgemerkte deeltjes

waarvoor wij geen conventionele verklaring hebben.

De noodzaak van tenminste twee onopgemerkte deeltjes werd aangetoond door het onvermogen om energie en momentum te behouden met slechts één. Er werden echter geen andere muonen, elektronen, fotonen of hadronen waargenomen. Er werd voorgesteld dat deze gebeurtenis de produktie en het daaropvolgende verval van een nieuw deeltjespaar was:

e+
+
e-
→
τ+
+
τ-
→
e±
+
μ∓
+ 4
ν

Dit was moeilijk te verifiëren, omdat de energie om het
τ+
τ-
paar te produceren ongeveer gelijk is aan de drempel voor D meson productie. De massa en de spin van de tau werden vervolgens vastgesteld bij DESY-Hamburg met de Double Arm Spectrometer (DASP), en bij SLAC-Stanford met de SPEAR Direct Electron Counter (DELCO),

Het symbool τ werd afgeleid van het Griekse τρίτον (triton, wat “derde” betekent in het Engels), aangezien het de derde ontdekte geladen lepton was.

Martin Lewis Perl deelde de Nobelprijs voor Natuurkunde van 1995 met Frederick Reines. De laatste kreeg zijn deel van de prijs voor de experimentele ontdekking van het neutrino.