Lépton

Os léptons são uma das duas famílias de partículas de matéria do Modelo Padrão. A eles pertencem o elétron e todos os neutrinos. A outra família é a dos quarks, dos quais são feitos prótons e nêutrons.

O nome vem do grego leptós, «leve» — uma denominação dos primeiros tempos da física de partículas, que ainda não conhecia o pesado lépton tau e que hoje soa um tanto infeliz.

Os seis léptons

Eles se apresentam em três pares, as gerações:

A cada um corresponde uma antipartícula, ou seja, doze no total.

Universalidade leptônica

Os léptons carregados diferem quase somente na massa. Em todo o resto comportam-se igual: carregam a mesma carga e acoplam-se com a mesma intensidade à interação fraca e ao fóton.

Essa universalidade leptônica é uma das afirmações mais minuciosamente verificadas da física. A razão desse esmero: se se encontrasse um desvio, seria uma janela para além do Modelo Padrão.

Durante anos, decaimentos de mésons B pareceram mostrar um desvio assim — ali elétrons e múons não apareciam na proporção esperada. Após medições refinadas no CERN, o achado se dissolveu em grande medida.

Uma segunda pedra de toque é o momento magnético do múon. Ele pode tanto ser medido quanto calculado, ambos com precisão de dez casas. Se medição e cálculo concordam é objeto de um debate que já dura anos, no qual tampouco o lado teórico está definitivamente esclarecido.

A diferença em relação aos quarks

Os léptons não carregam carga de cor. Por isso não participam da interação forte e podem ser observados individualmente.

Os quarks, em contrapartida, nunca ocorrem livres. Se se tenta separar dois, a força cresce com a distância até que a energia investida baste para gerar um novo par de quarks — obtêm-se duas partículas ligadas em vez de dois quarks livres.

Um elétron pode ser capturado e medido. Um quark isolado nunca ninguém viu.

Como as famílias foram descobertas

A primeira geração ficou completa com o elétron (1897) e a detecção do antineutrino por Cowan e Reines em 1956.

A segunda veio por etapas. O múon foi descoberto em 1936 na radiação cósmica e a princípio foi tomado por uma partícula completamente distinta — suspeitava-se que fosse aquela partícula que transmite as forças nucleares. Quando isso se revelou falso, Isidor Rabi teria perguntado: «Quem encomendou isso?» O neutrino correspondente foi encontrado por Schwartz, Lederman e Steinberger em 1962.

A terceira a abriu Martin Perl em 1975 com o lépton tau. O neutrino correspondente só foi detectado pelo DONUT no ano 2000 — 25 anos depois.

O número leptônico

Atribui-se a cada lépton +1, a cada antilépton −1. Em todos os processos observados até agora a soma se conserva.

Além disso, durante muito tempo pareceu conservar-se também o número por família. Justamente essa regra foi quebrada pela oscilação de neutrinos: um neutrino do múon que a caminho se torna neutrino do tau a viola.

O número leptônico total permanece com isso intacto. Se também ele cai, isso seria respondido pelo duplo decaimento beta sem neutrinos.

Por que três

Por que existem exatamente três gerações e não duas ou cinco, ninguém sabe. A medição no bóson Z diz que são três. Ela não diz por quê.

Igualmente enigmáticas são as massas. Do elétron ao tau há um fator 3 500, e descendo até os neutrinos, mais um milhão pelo menos. Para esse padrão não há explicação, apenas conjeturas.

É uma das questões fundamentais abertas da física — e uma das razões pelas quais os neutrinos são investigados com tanta atenção. Eles são os representantes mais leves e mais singulares dessa ordenação e, portanto, o lugar mais provável para uma surpresa.

Termos relacionados

• Modelo Padrão — o quadro
• Martin Perl — a terceira família
• Bósons W e Z — por que são três
• Múons cósmicos — o múon na natureza

Fontes

• Particle Data Group: Review of Particle Physics, seção Leptons.