Myon und Tauon

Elektronen/Positronen sowie negative und positive Myonen und Tauonen bilden die Teilchenfamilie der Leptonen. Auf grund ihrer Eigenschaften muss man Myonen und Tauonen als angeregte Elektronen bzw. Positronen charakterisieren. Allem Anschein nach dürfte diese Teilchenfamilie noch weitere Elemente enthalten, die bisher noch nicht klassifiziert wurden.

Eigenschaften der Leptonen

Die Tabelle enthält wichtige Eigenschaften der drei Leptonen. 'Lepton' leitet sich von griech. leptós = klein ab. Allerdings ist die Masse des Tauons fast doppelt so groß wie die des Protons. Es ist wahrscheinlich, dass weitere Mitglieder dieser Teilchenfamilie existieren. Deshalb wurde ein vermutetes viertes Teilchen "Atton" angefügt.

Bemerkenswert ist die lange Lebensdauer des Myons: Kein anderes instabiles leichtes Teilchen hat eine so lange Existenzdauer. Seine Masse ist etwa 210mal größer als die des Elektrons. Bei seinem Zerfall nach Gl. 4.1 wird also ein dieser Masse entsprechender (äquivalenter) Energiebetrag von rund 105MeV frei. Diese Energie ist hinreichend für das Entstehen zusätzlicher Elektron-Positron-Paare, wie die Beobachtung entsprechend Gl. 4.2 zeigt.

Myonen erscheinen beim Teilchenzerfall oft anstelle von Elektronen

Die nachfolgend bildhaft dargestellten Zerfälle des positiven Pions und des Lambda1115 demonstrieren, dass anstelle von Elektronen bzw. Positronen oft Myonen als Zerfallsprodukte erscheinen. Das Myon zerfällt anschließend zum Elektron bzw.Positron. Es muss als ein angergegter Zustand dieser Teilchen angesprochen werden.

Angeregte Zustände werden in der Teilchenschreibweise durch ein * gekennzeichnet, so  dass anstelle des Myons μ auch e* gebraucht werden kann, exakt also:

μ^–     =     (e^–)*

μ⁺     =     (e⁺)*

Das Myon ist nicht als selbständiges Teilchen zu klassifizieren, sondern als angeregter Zustand von Elektron bzw. Positron. Folglich werden Myonen auch in hochenergetischen Elektronenstrahlen beobachtet. In diesen angeregten Zuständen reagieren Elektronen und Positronen miteinander zu neun Teilchen. Genau das wurde in den vielfach durchgeführten Stoßexperimenten nachgewiesen, bei denen Elektronen und Positronen mit hoher Energie aufeinanderprallten. Es wurden Pionen, Kaonen, Omegas usw. beobachtet. Das sind auch jene Teilchen, die wir bei Kernzertrümmernungen, Proton-Antiproton-Reaktionen usw. beobachten. Die elmentaren Bausteine der gesamten stofflichen Materie sind Elektronen und Positronen!

Eine logische Erkenntnis ist zunächst überraschend, aber dann folgerichtig und beruhigend: Es gibt im gesamten Universum exakt die gleiche Anzahl Elektronen und Positronen!

Entstehen und Verschwinden von Teilchen im Zerfallsprozess

Wenn Teilchen zerfallen oder hochenergetische Teilchen miteinander reagieren, werden Energiebeträge frei, die die Teilchenmassen in vielen Fällen weit übersteigen. Entsprechend der Äquivalenz von Masse und Energie (E=mc² bzw. m=E/c²) entstehen oft zusätzliche Teilchen während der Reaktion. Dabei wird Energie über den Prozess der Paarbildung in stoffliche Materie umgewandelt: Es entstehen Elektron-Positron-Paare. Diese beiden Teilchen können in elementarer Form freigesetzt werden, aber auch zu neuen Teilchen reagieren oder zu strukturellen Veränderungen der Ausgangsteilchen führen. Eine zweite Besonderheit bei Teilchereaktionen ist das scheinbare 'Verschwinden' von Teilchen. Dabei annihilieren Elektron-Positron-Paare im Reaktionsablauf, so dass die Stöchiometrie auch dadurch gestört wird. Auf beide Prozesse wird im Folgenden noch genauer eingegangen.

Das Novum bzw. das Sonderbare bei Umwandlungen und Reaktionen von Teilchen ist, dass die ursprüngliche Zusammensetzung (sozusagen die Teilchen-Stöchiometrie) in vielen Fällen nicht gewahrt bleibt und in Zerfallsprozessen und Wechselwirkungen sehr vielfältige und nicht einfach zu durchschauende Veränderungen stattfinden. Die Physik hat sich mit theoretisch-mathematischen Modellen den Tatsachen zwar angenähert, ohne aber die Ursachen zu erkennen.