Das Tauon - ein Camäleon unter den Teilchen

Das Tauon ist ein Camäleon im Teilchenzoo, ein Inbegriff für Wandelbarkeit und Vielgesichtigkeit im Zerfall. Trotz dieser Vielgestaltigkeit wurde es auf grund der eindeutigen Spuren, die es bis zum Zerfall hinterlässt, als ein einziges Teilchen definiert. (Diese Eindeutigkeit fehlt jedem 'Neutrino', welches immer nur als variabler Energibetrag in Erscheinung tritt.) Seine große Masse lässt im Zerfallsprozess nicht nur das Entstehen von Elektron-Positron-Paaren, sondern gleichzeitig auch die Bildung von Myonen, Myonenpaaren und noch schwereren Teilchen wie Kaonen zu. (https://pdg.lbl.gov/2020/tables/rpp2020-sum-leptons.pdf)

Abb. 4.1.1: Visualisierung der Leptonenmassen im Vergleich mit dem Proton

Positron und Elektron sind nicht zusammengesetzte elementare Teilchen, Myon und Tauon müssen als ihre angeregten Zustände angesprochen werden. Das Proton als zusammengesetztes Teilchen (Nachgewiesen durch Elektronstreuversuche; siehe auch Analyse Seite 3) weicht in seinen Eigenschaften deshalb erheblich von ihnen ab; es ist in diese Reihe nur zum Massevergleich eingeordnet.

4.1.1 Der Zerfall des Tauons

Für das Tauon werden ca. 70 Zerfälle bzw. Umwandlungen angegeben. Allen Zerfällen ist gemeinsam, dass am Ende jeder Zerfallskette eine Elementarladung verbleibt, also ein Elektron oder Positron entsprechend der Ladung des zerfallenden Tauons. Unter der Zerfallskette (oder Zerfallskanal) ist der Zerfall des Teilchens bis zum Erreichen eines stabilen Endzustand zu verstehen.

Leptonischer Zerfall

Bei einem Lepton-Zerfall entstehen Leptonen, also Elektronen/Positronen und Myonen. Da das Tauon ein hochangeregtes Elektron ist, sind diese Teilchen als Übergang in den Grundzustand notwendig zu erwarten.

Abb. 4.1.2 Leptonzerfälle des Tauons

Die Zerfallsketten beider Zerfälle sind sehr kurz, da mit dem Elektron sehr schnell der stabile Zustand erreicht wird. Auch das Myon endet als Elektron. Die hohe Energiefreisetzung (etwa 900MeV) lässt Paarbildungen erwarten. Die entstehenden Elektron-Positron-Paare bilden wiederum neue Teilchen aus, die bei den hadronischen Zerfällen des Tauons beobachtet werden.

Hadronischer Zerfall

Bei einem hadronischen Zerfall entstehen logischerweise Hadronen, z.B. Pionen, Kaonen, Protonen etc. Das sind all jene Teilchen, die aus 'Quarks' bestehen sollen, so der Stand der Theorie. Es zeigt sich jedoch, dass die hadronischen Teilchen bzw. die hadronische Materie aus Teilchen besteht, die aus Zusammenschlüssen von Elektronen und Positronen hervorgehen. Die Paarbildungen beim Zerfall des Tauons sind also die eigentliche Ursache für das Entstehen der Hadronen.

Abb. 4.1.3 Hadronzerfälle des Tauons (1)

Diese vier hadronischen Zerfälle folgen einem offensichtlichen Schema: Neben einem Pion mit gleicher Ladung wie das Tauon entsteht eine unterschiedliche Zahl ungeladener Pionen. Das ist nicht auf eine wundersame Umwandlung des Leptons τ in verschiedene 'Quarks' zurückzuführen, aus denen die Pionen laut Theorie bestehen sollen, sondern auf den Prozess der Paarbildung. Entstehende e+e-Paare bilden im Zerfallsprozess ungeladene Pionen. Das geladene Pion ist hingegen eine Teilchenbildung aus dem elementaren Elektron des Tauons und einem e+e-Paar. Siehe Seite 5: Strukturen der Pionen.

Abb. 4.1.4 Hadronzerfälle des Tauons (2)

Auch die Teilchenbildungen dieser beiden Zerfälle beruhen bis auf die Elementarladung eines negativen Pions auf Paarbildungen. Die entstehenden e+e-Paare schließen sich variabel zu Teilchen zusammen. Wie zu sehen, ähnelt die Umwandlung (2.2b) mit der Entstehung eines zusätzlichen π0 dem Schema in der Abb. 4.1.3. Die Entstehung zweier ungeladener Pionen in diesem Zerfall ist zu erwarten, wird aber wegen der begrenzten Masse (=Energie) des Tauons wenig häufig auftreten.

Abb. 4.1.5 Hadronzerfälle des Tauons (3)

Das Entstehen von Kaonen beim Tauon-Zerfall ist ebenso zwangsläfig wie das Entstehen von Pionen. Das K0S im Zerfall (2.3.a) ist strukturell ein sehr kurzlebiger Zussammenschluss von zwei ungeladenen Pionen. (Siehe Seite 6.1: Ungeladene Kaonen)

Das geladene Kaon in (2.3.b) stellt sich in der Analyse als ein Teilche dar, das aus enem geladenen und einem ungeladenen Pion besteht. Auch das ist völlig konsistent zu den Zerfällen in Abb. 4.1.3. Nirgendwo wird ein 'Quark' sichtbar, wie es die Theoretiker so unabdingbar fordern.

Der dritte Zerfall in dieser Abb. mündet in einem angeregten geladenen Kaon. Das bedarf keiner weitern Begründung. Hingewieisen sei nochmals, dass die in den ausgewähten Zerfällen entstehenden Teilchen weiter zerfallen bis auf die Stufe eines einzelnen Elektrons.