Número leptônico

Em física de partículas, o número leptônico (historicamente chamado também de carga leptônica)^[1] 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.^[2] 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 ${\displaystyle ~L~}$ é definido como:

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

onde

• ${\displaystyle ~n_{\ell }\quad }$ é o número de léptons e
• ${\displaystyle ~n_{\overline {\ell }}\quad }$ 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+
^[3]

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^[4]

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

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

${\displaystyle ~L_{\mathrm {\tau } }~~}$ 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.^[5]

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 ${\displaystyle ~L_{\mathrm {\mu } }=-1~}$ que cancela o número do múon, ${\displaystyle ~L_{\mathrm {\mu } }=+1~}$).

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.^[6] 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.^[7]

μ−
→
e−
+
γ

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

Referências

Bibliografia

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

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