Fisica nucleare e subnucleare/La storia dei leptoni

Come sappiamo, il pione decade nel processo a catena $\pi \longrightarrow \mu \longrightarrow e$. Con studi molto dettagliati, Conversi, Pancini e Piccioni determinarono che il $\mu$ si comporta come l'elettrone, rientrando nella famiglia dei leptoni. Esiste poi un terzo leptone, il $\tau$, scoperto in un'interazione del tipo:

$e^{+}+e^{-}\longrightarrow \tau ^{+}+\tau ^{-}$

e si determinò anche che il $\tau$ decade secondo:

$\tau ^{\pm }\longrightarrow e^{\pm }+\nu _{e}+\nu _{\tau }\quad \tau ^{\pm }\longrightarrow \mu ^{\pm }+\nu _{\mu }+\nu _{\tau }$

Ora, perché esistono tipi diversi di neutrini? Si cominciò a pensare che così come esistono tre diversi leptoni potessero esistere tre diversi tipi di neutrini, che cominciarono a essere studiati sistematicamente con l'avvento dei reattori nucleari: si usarono infatti i neutrini prodotti nei reattori per farli collidere con targhette, in reazioni del tipo $\nu +p\longrightarrow e^{+}+n$ (che è lo stesso processo del decadimento $\beta ^{+}$). Con studi di questo tipo si cercò di caratterizzare i neutrini, scoprendo ad esempio che in realtà i neutrini hanno massa.

Se si fanno urtare protoni contro atomi di Be si producono moltissimi pioni, che sappiamo decadere in muoni e neutrini; si notò che i neutrini prodotti in questo modo quando interagiscono con la materia hanno una caratteristica peculiare, ossia fra i prodotti di questa interazione ci sono sempre muoni, e mai elettroni. Analogamente, se si fanno urtare i neutrini prodotti dal decadimento dei $\pi ^{\pm }$ contro nucleoni si ottengono sempre pioni e mai elettroni. Ciò significa che i neutrini si "ricordano" con chi sono stati prodotti, o in altre parole i vari neutrini sono particelle diverse fra loro (ossia sono diversi stati quantistici, con diversi numeri quantici). Ci deve insomma essere un nuovo numero quantico che si conserva in questi processi: è il sapore leptonico. Si ha:

Sapori leptonici

	$Le$	$L\mu$	$L\tau$
$e$	1	0	0
$\nu e$	1	0	0
$\mu$	0	1	0
$\nu \mu$	0	1	0
$\tau$	0	0	1
$\nu \tau$	0	0	1

A oggi, il sapore leptonico è sempre stato visto conservarsi. Esistono teorie nuove che permettono di passare dalla scala elettrodebole a energie più alte che prevedono che il sapore leptonico possa non essere conservato.