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輕子(lepton)是指不參與強相互作用的自旋為 ћ/2 的費米子。輕子包括電子μ子τ粒子和與之相應的中微子(νe、νμ和ντ以及它們的反粒子)。電子e-、μ-和τ-粒子的質量分別為0.51兆電子伏、105.66兆電子伏和1,776.99兆電子伏,它們都帶有一個單位的負電荷。它們的反粒子e+、μ+和τ+帶有一個單位的正電荷。中微子及其反粒子不帶電,是中性粒子,近年來實驗結果表明中微子具有非零的靜質量[1]

目錄

實驗發現

1962年實驗上發現存在兩種中微子νe和νμ,它們分別與電子和μ子相聯繫,因此輕子數守恆又分解為電子數(e-和νe粒子數減去e+和νe粒子數)和μ子數(μ-和νμ粒子數減去μ+和νμ粒子數)分別守恆。1975年M.佩爾等在e+e-對撞實驗中發現了一個新的輕子τ,它帶負電或正電,衰變成μ子或電子和兩個中微子。它的質量為1,776.99兆電子伏,接近質子質量的兩倍,所以又稱重輕子。2000年實驗上發現了與τ粒子相應的中微子ντ。同樣,在輕子參與的所有過程中,τ輕子數也是守恆的。除τ粒子外,前二類輕子(e、νe和μ、νμ)的性質已有較充分的研究,它們的性質非常類似,僅質量有很大差別,解釋這個現象是粒子物理學理論中的一個尚待解決的重要課題。

輕子與夸克

關於物質的基本組元和它們之間相互作用的實驗和理論研究,已經揭示了粒子物理世界的許多奧秘。我們已經知道,構成一切物質的基本磚塊有兩大家族:輕子和夸克,它們都是費米子。傳遞夸克、輕子之間相互作用的是規範玻色子,光子傳遞電磁力,膠子傳遞強力,W和Z傳遞弱力。 [2]

輕子家族

輕子家族的粒子有六種味,它們具有以下兩個重要性質: (1)輕子不參與強力的相互作用,只受電磁力和弱力的影響;

(2)輕子數守恆,即輕子只能以粒子反粒子成對地產生或湮滅,總的輕子數(輕子數目減去反輕子數目)在已知的一切物理過程中保持不變。 已知的六種味的輕子成對出現,每一對包括一種荷電輕子和一種被稱為中微子的中性輕子。

輕子數守恆

輕子參與的所有弱相互作用和電磁相互作用過程中,發現存在一個守恆的量子數,稱為輕子數。電子e-、μ-和τ-粒子的輕子數為+1,相應的反粒子的輕子數為-1。對所有的反應過程,輕子數的代數和在反應前後不變,並且電子輕子數、μ子輕子數和τ子輕子數也分別保持不變。與電荷守恆不同,電荷守恆與電磁相互作用相聯繫,而輕子數守恆沒有已知的相互作用為根據,只是實驗上發現它總是守恆

參考來源