Salve, vorrei sapere se c’è un motivo specifico percui l’elettrone,pur appartenendo,come gli altri leptoni,ad una delle famiglie elementari,a differenza di essi non decade.Grazie.

La risposta è molto semplice: l’elettrone non decade in null’altro perchè non saprebbe in cosa decadere! Vediamo ora di capire perchè.

Il gruppo dei leptoni è composta, stante le conoscenze attuali, da 6 particelle: i leptoni carichi, elettrone (e), muone (μ), tauone (τ), tutti con carica uguale e negativa (pari all’opposto di quella del protone) a cui vanno aggiunti i tre neutrini, il neutrino elettronico (νe), il neutrino muonico (νμ) e quello tauonico (ντ). Ogni leptone carico, con il neutrino relativo, forma una famiglia leptonica. L’e è il leptone carico più leggero, con una massa che è circa mezzo millesimo della massa del protone, il μ ha una massa che è circa un decimo quella del protone, mentre il τ ha una massa poco inferiore al doppio di quella del protone. I ν hanno massa praticamente nulla (fino a poco tempo fa si pensava che fosse proprio nulla, diversi esperimenti recenti hanno invece evidenziato una massa piccolissima, ancora in fase di misurazione, comunque piccolissima rispetto alla massa dell’elettrone).

C’è una forte evidenza sperimentale, nonchè diversi argomenti di carattere teorico, che nelle interazioni subnucleari debba conservarsi il cosiddetto numero leptonico per famiglia (NLF). Questa quantità si calcola in questo modo: i due leptoni elettronici hanno hanno NLF elettronico pari a 1, i due leptoni muonici hanno NLF muonico pari a 1, idem per i due leptoni tauonici con il loro NLF tauonico. Gli antileptoni hanno NLF pari a -1.

Il μ e il τ sono particelle instabili, nel senso che dopo un periodo di tempo scompaiono per fare posto ad un insieme di particelle più leggere, la differenza tra la massa della particella che decade e la massa delle particelle emergenti dal decadimento diventa energia cinetica di queste ultime (come si dice in gero, “viene liberata”). C’è da tenere presente che l’essere stabile o instabile non è una proprietà particolare o strana ma dipende solo da un fatto: cioè se sia possibile eliminare una particella e “sostituirla” con un insieme di altre più leggere, nel rispetto delle diverse leggi di conservazione esistenti in natura.

Per ogni particella, tenendo presenti le leggi di conservazione e le forze cui è soggetta possono esistere o non possono esistere dei decadimenti possibili. Nel caso in cui ci siano dei decadimenti possibili, quanta più energia si libera tanto più è probabile che ilk decadimento avvenga. Anche il numero di particelle emergenti influenza questa probabilità: maggiore è il numero di particelle e minore è la probabilità del decadimento. Questa probabilità determina sia la frequenza con cui un certo tipo di decadimento avviene rispetto agli altri possibili, sia il tempo medio che bisogna aspettare perchè il decadimento si verifichi.

Parlando dei leptoni qualunque decadimento coinvolgente particelle non leptonica violerebbe qualche legge di conservazione per cui sono possibili solo decadimenti in altri leptoni o antileptoni.

Il τ può essere sostituito, per rispettare la conservazione del NLF e della carica, in un e, in un ντ e in un anti-νe oppure in un μ, in un ντ e in un anti-νμ. Il primo decadimento possibile ha probabilità più alta perchè l’energia che si libera è molto più alta, essendo la massa dell’e molto più bassa di quella del μ.

Il μ può essere sostituito, per rispettare la conservazione del NLF e della carica, in un e, in un νμ e in un anti-νe. Non ci possono essere decadimenti coinvolgenti il τ perchè si violerebbe la legge di conservazione dell’energia perchè il τ è più massivo del μ.

L’e quindi non può decadere perchè non esistono leptoni, ne altre particelle di pari carica, più leggeri.