Il numero leptonico è quel numero quantico che, nelle interazioni tra particelle, caratterizza le particelle elementari chiamate leptoni e viene definito come il numero di leptoni meno il numero degli antileptoni, secondo la seguente equazione:

I leptoni sono caratterizzati da un numero intero positivo, mentre gli antileptoni da un numero intero negativo..

A ciascun doppietto di leptoni viene, quindi, assegnato un numero leptonico differente che deve essere conservato in tutte le interazioni..

Suddivisioni In conseguenza della composizione delle famiglie leptoniche si distingue un: numero leptonico elettronico, che è definito come il numero totale di elettroni più il numero di neutrini elettronici meno il numero delle loro antiparticelle. Il suo valore è per un elettrone e per un neutrino elettronico, per un antielettrone e per un antineutrino elettronico, per tutte le altre particelle; numero leptonico muonico, che è definito come il numero totale di muoni più il numero di neutrini muonici meno il numero delle loro antiparticelle. Il suo valore è per un muone e per un neutrino muonico, per un antimuone e per un antineutrino muonico, per tutte le altre particelle; numero leptonico tau, che è definito come il numero totale di particelle tau più il numero di neutrini tau meno il numero delle loro antiparticelle. Il suo valore è per una particella tau e per il suo neutrino, per un'antiparticella tau e per il suo antineutrino, per tutte le altre particelle.

L'esistenza di tre famiglie leptoniche distinte è il risultato di una lunga serie di acquisizioni sperimentali: il muone fu identificato nella radiazione cosmica nel 1937., la particella tau fu individuata nel 1975 nelle annichilazioni elettrone-positrone a SLAC. e il relativo neutrino fu osservato direttamente soltanto nel 2001 dall'esperimento DONUT.. L'ipotesi stessa del neutrino, formulata da Pauli nel 1930 proprio per salvare i princìpi di conservazione nel decadimento beta, precede di oltre vent'anni la sua verifica sperimentale... Una ricostruzione complessiva di questo percorso è in e in .

+ Tabella di riepilogo

Legge di conservazione del numero leptonico Molti modelli, incluso il modello standard, utilizzano la conservazione del numero leptonico totale per spiegare l'esistenza di alcuni decadimenti e l'impossibilità di altri, pur energeticamente consentiti.. Ad esempio, nel decadimento beta:

dove è il numero leptonico totale, che è nullo, in quanto il neutrone non è un leptone, ma un barione, mentre tra i prodotti si ha un protone , un elettrone ed un antineutrino , con numero leptonico totale nullo.

Generalmente, poi, si osserva che i decadimenti noti conservano anche un numero leptonico familiare, ovvero un numero leptonico totale riferito alle famiglie di leptoni presenti in un dato decadimento. Ad esempio, per il canale di decadimento principale del muone si osserva che:

ovvero sia il numero leptonico elettronico, sia quello muonico, sia quello del tau sono conservati. Ciò suggerisce l'esistenza di una legge di conservazione per ciascuno dei tre numeri leptonici , e , oltre che per il loro totale..

Violazioni della conservazione del numero leptonico All'interno del modello standard le reazioni che violino la conservazione di uno dei numeri leptonici o del numero leptonico totale, somma dei tre, sono strettamente proibite.

Tuttavia, poiché i neutrini non sono esattamente privi di massa, violazioni alla conservazione dei numeri leptonici sono possibili: i neutrini infatti possono oscillare, cambiando quindi famiglia. La prima evidenza sperimentale del fenomeno fu ottenuta nel 1998 dall'esperimento Super-Kamiokande sui neutrini atmosferici..

All'interno di altri modelli sono possibili inoltre altri tipi di violazione del numero leptonico. È possibile, in alcuni casi, che i numeri leptonici di famiglia possano non conservarsi, pur mantenendosi valida la legge di conservazione per il numero leptonico totale:

Un esempio di questo tipo è il decadimento seguente:

Come si può osservare, né il numero elettronico né quello muonico sono conservati, mentre lo è quello totale. All'interno dei modelli che prevedono questi fenomeni vengono spesso utilizzati altri numeri quantici conservati: ad esempio il modello di Pati-Salam utilizza la differenza tra numero barionico e numero leptonico. Il quadro formale in cui tali simmetrie e le relative anomalie vengono trattate è quello della teoria quantistica dei campi..

A parte le oscillazioni dei neutrini, che violano i numeri leptonici di famiglia, nessun fenomeno di violazione della conservazione del numero leptonico totale è stato mai osservato..

Numero B-L

Nella fisica delle alte energie il numero B-L è il numero barionico meno il numero leptonico. A differenza del numero barionico o del numero leptonico presi singolarmente, la simmetria globale associata a questo numero quantico non è rotta dalle anomalie chirali né da quelle gravitazionali, ragione per cui viene spesso invocata in alcuni modelli di teoria del tutto. Le anomalie che violano separatamente la conservazione del numero barionico e di quello leptonico si compensano infatti in modo tale che B-L risulti conservato: è il caso del decadimento del protone, previsto dalle teorie di grande unificazione ma non ancora osservato, in cui un protone (B = 1, L = 0) decadrebbe in un pione (B = 0, L = 0) e in un positrone (B = 0, L = −1).

R-parità

La R-parità è un concetto di fisica delle particelle e di fisica teorica. Nell'estensione supersimmetrica del modello standard il numero barionico e il numero leptonico non sono più conservati da parte di tutti gli accoppiamenti in una teoria rinormalizzabile. La R-parità è una simmetria del gruppo che agisce nel modello standard supersimmetrico minimale (MSSM) e tale parità può essere definita come:

dove è lo spin, è il numero barionico e il numero leptonico. Ogni particella del modello standard ha R-parità uguale a , mentre il partner supersimmetrico ha R-parità ..

Note

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Voci correlate Fermione Legge di conservazione Leptone Lista delle particelle Numero B-L Numero barionico Oscillazione del neutrino R-parità

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