Número leptônico

Em física de partículas, o número leptônico (historicamente chamado também de carga leptônica) é um número quântico conservado, que representa a diferença entre o número de léptons e o número de antiléptons em uma reação de partículas elementares. O número leptônico é um número quântico aditivo, de modo que sua soma seja preservada nas interações (ao contrário de números quânticos multiplicativos, como a paridade, na qual o produto é conservado). Matematicamente, o número leptônico $~L~$ é definido como:

Sabor em Física de Partículas

Números quânticos de sabor Isospin: I ou I3 Charme: C Estranheza: S Superioridade: T Inferioridade: B′ Números quânticos relacionados Número bariônico: B Número leptônico: L Isospin fraco: T or T3 Carga elétrica: Q Carga X: X Combinações Hipercarga: Y Y = (B + S + C + B′ + T) Y = 2 (Q − I3) Hipercarga fraca: YW YW = 2 (Q − T3) X + 2YW = 5 (B − L) Mistura de sabores Matrix CKM Matrix PMN Complementaridade de sabor

$~L=n_{\ell }-n_{\overline {\ell }}~,$

onde

• $~n_{\ell }\quad$ é o número de léptons e
• $~n_{\overline {\ell }}\quad$ é o número de antiléptons.

O número leptônico foi introduzido em 1953 para explicar a ausência de reações como

ν
+
n
→
p
+
e⁻

no experimento de neutrinos de Cowan–Reines, no qual se constatou, ao invés disso, a ocorrência de

ν
+
p
→
n
+
e⁺

Este processo, o decaimento beta inverso, conserva o número leptônico, já que o antineutrino reagente possui número leptônico −1, enquanto que o pósitron (antielétron) produzido também possui número leptônico −1.

Conservação de sabor do elétron

Além do número leptônico, os números da família de léptons são definidos como

$~L_{\mathrm {e} }~~$ o número eletrônico, para o elétron e para o neutrino do elétron;

$~L_{\mathrm {\mu } }~~$ o número muônico, para o múon e para o neutrino do múon; e

$~L_{\mathrm {\tau } }~~$ o número tauônico, para o táuon e para o neutrino do tau.

Exemplos típicos de conservação de sabor leptônico são os decaimentos do múon

μ⁻
→
e⁻
+
ν
_e +
ν
_μ

e

μ⁺
→
e⁺
+
ν
_e +
ν
_μ

Nessas reações de decaimento, a criação de um elétron é acompanhada pela criação de antineutrino do elétron, e a criação de um pósitron é acompanhada pela criação de um neutrino do elétron. Da mesma forma, o decaimento de um múon negativo resulta na criação de um neutrino do múon, enquanto que um múon positivo (antimúon) produz um antineutrino do múon.

Finalmente, o decaimento fraco de um lépton em um lépton de massa menor sempre resulta na produção de um par neutrino-antineutrino:

τ⁻
→
μ⁻
+
ν
_μ +
ν
_τ

Um neutrino preserva o número leptônico do lépton pesado em decaimento (nesse caso, de um táuon produz um neutrino do tau residual), enquanto que um novo antineutrino é criado de modo a cancelar o número leptônico do novo lépton, mais leve, que substituiu o original (no caso, um antineutrino do múon com $~L_{\mathrm {\mu } }=-1~$ que cancela o número do múon, $~L_{\mathrm {\mu } }=+1~$).

Violações das leis de conservação do número leptônico

O sabor de lépton é aproximadamente conservado, destacando-se a não conservação no notório processo de oscilação de neutrinos. Contudo, o número leptônico total ainda é consevado no modelo padrão.

Muitas buscas para uma física além do modelo padrão são caracterizadas pela pesquisa de violações do número ou do sabor leptônico, como o decaimento hipotético.

μ⁻
→
e⁻
+
γ

Experimentos como MEGA e SINDRUM têm buscado por violação do número leptônico no decaimento de múons em elétrons.

Bibliografia

• Griffiths, David J. (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. ISBN 0-471-60386-4.