I leptoni sono una famiglia di particelle elementari che comprende l’elettrone, il muone, la tau e i neutrini associati. Come i quark, che costituiscono i protoni e i neutroni nel nucleo atomico, il leptone è un fermione, il che significa che ha uno spin quantistico di ½. Altre particelle fondamentali con spin differenti sono chiamate bosoni e mediano le interazioni di forza tra i fermioni. I fermioni, formati dal leptone e dal quark, sono la “carne” della materia, mentre i bosoni sono lo “scheletro”.
In confronto ai quark, un leptone è leggero. La massa di un elettrone è 1⁄1836 di un’unità di massa atomica (amu), la massa approssimativa di un atomo di idrogeno. La massa non leptonica nell’atomo di idrogeno proviene dal nucleo. Le altre due varianti di leptoni – il muone e il tau – sono significativamente più pesanti. Il leptone tau pesa quasi il doppio di un protone.
Esistono tre tipi di leptoni, come accennato in precedenza: l’elettrone, il muone e il tau. Ognuno di questi ha un neutrino associato: il neutrino elettronico, il neutrino muonico e il neutrino tau. I neutrini hanno massa quasi nulla e nessuna carica e viaggiano vicino alla velocità della luce.
L’elettrone e gli altri leptoni di base hanno una carica negativa, sono più stabili dei neutrini e possono orbitare attorno ai nuclei atomici. L’elettrone è il più stabile dei tre e può essere trovato in tutta la materia convenzionale. Il muone e il tau vengono creati durante esperimenti con acceleratori di particelle o attraverso impatti di raggi cosmici. Ognuna di queste sei particelle ha un’antiparticella associata di carica opposta, portando il numero totale di leptoni a 12. Queste antiparticelle sono chiamate antielettroni, antimuoni e antitaus.
Quando i sistemi contenenti leptoni interagiscono tra loro, il numero totale di leptoni tende a conservarsi. La rara circostanza in cui il numero non si conserva è chiamata anomalia chirale. A volte, i leptoni cambiano tipo, ma questo di solito richiede energie elevate e i leptoni più pesanti non sono molto stabili.