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Les leptons

Les leptons constituent une classe de particules élémentaires, ce qui signifie qu'à notre connaissance actuelle, elles ne sont pas composées de particules plus petites. Elles font partie des fermions, qui sont des particule de spin 1/2, et sont l'une des deux catégories principales de fermions fondamentaux dans le Modèle standard de la physique des particules, l'autre catégorie étant les quarks.

La caractéristique distinctive des leptons est qu'ils ne sont pas sujets à l'interaction forte, celle qui lie les quarks entre eux pour former des protons et des neutrons. Les leptons interagissent principalement via l'interaction faible et, s'ils portent une charge électrique, via l'interaction électromagnétique.

Il existe six types (ou "saveurs") de leptons connus, organisés en trois générations. Chaque génération comprend un lepton chargé et un neutrino associé :

• Première génération. - L'électron (e⁻) et le neutrino électronique (νe). L'électron est la particule chargée négativement que l'on rencontre autour du noyau atomique, et est essentielle à la structure des atomes. Le neutrino électronique est une particule électriquement neutre et de masse très faible.
• Deuxième génération. - Le muon (μ⁻) et le neutrino muonique (νμ). Le muon est beaucoup plus massif que l'électron (environ 200 fois plus) et est instable, se désintégrant rapidement.
• Troisième génération : Le tau (τ⁻) et le neutrino tauique (ντ). Le tau ou tauon est encore plus massif que le muon et est également très instable, se désintégrant encore plus rapidement.

Les leptons chargés (électron, muon, tau) possèdent une charge électrique de -1 (en unités de la charge élémentaire). Ils ont une masse non nulle qui augmente considérablement d'une génération à l'autre (masse de l'électron < masse du muon < masse du tau). L'électron est stable car il n'existe pas de lepton chargé plus léger en lequel il pourrait se désintégrer tout en conservant la charge et le nombre leptonique. Les muons et les taus, étant plus massifs, se désintègrent en leptons plus légers et en neutrinos via l'interaction faible.

Les neutrinos (électronique, muonique, tauique) sont électriquement neutres, d'où leur nom. Pendant longtemps, on a pensé qu'ils étaient totalement dépourvus de masse, mais des expériences ont prouvé qu'ils possèdent une masse, bien que extrêmement petite par rapport à celle des leptons chargés. Leur masse est si faible et ils n'interagissent que par l'interaction faible (et la gravitation, mais son effet est négligeable à cette échelle), ce qui les rend très difficiles à détecter. Des milliards de neutrinos traversent notre corps chaque seconde sans interagir. L'existence d'une masse non nulle pour les neutrinos est importante car elle permet un phénomène appelé "oscillation des neutrinos", où un neutrino d'une saveur (par exemple, électronique) peut se transformer en un neutrino d'une autre saveur (par exemple, muonique) au cours de son trajet.

Comme toutes les particules fondamentales, chaque lepton possède une antiparticule correspondante avec la même masse mais une charge électrique opposée (pour les leptons chargés) et un nombre leptonique opposé. L'antiélectron est appelé positon (e⁺), le muon a un antimuon (μ⁺), le tau a un antitau (τ⁺). Les neutrinos ont des antineutrinos correspondants.

Une quantité importante associée aux leptons, et que l'on a déjà mentionnée, est le nombre leptonique. Chaque lepton a un nombre leptonique de +1 et chaque antilepton de -1. Pour les leptons chargés, on peut aussi définir un nombre leptonique par génération (nombre électronique, nombre muonique, nombre tauique). Historiquement, on pensait que ces nombres étaient strictement conservés dans toutes les interactions, mais l'oscillation des neutrinos montre que les nombres leptoniques individuels par génération ne sont pas strictement conservés (un νe peut devenir un νμ), bien que le nombre total de leptons semble l'être dans la plupart des processus observés.

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