輕子與電弱力

輕子味(lepton flavor)

輕子味是輕子計數規則的更精細版本。不僅輕子的總數保持平衡,而且——在大多數普通反應中——三個家族各自內部的計數也分別保持平衡。有一筆電子型帳(電子和它的微中子)、一筆緲子型帳(緲子和它的微中子)、一筆陶子型帳(陶子和它的微中子),每一筆似乎都各記各的小帳本。

揭示這一點的謎題是這樣的。緲子衰變時,原則上它本可以只變成一個電子加一個光子,這樣能量、電荷和輕子總數都守恆。可這從來沒發生過。實際上緲子總是產生一個電子加兩個微中子——一個緲子微中子和一個電子反微中子。緲子微中子在那裡是為了把緲子味的計數保持在 +1(衰變前的緲子緲子味為 +1),而電子反微中子(電子味 -1)抵消了新生的電子(電子味 +1)。每個家族各自平衡。

輕子味有一個著名的已知例外:微中子振盪。微中子在飛行途中會慢慢變換類型——電子微中子可以變成緲子微中子——這意味著單個輕子味的計數其實並非完全守恆。這是一項重大發現,因為它證明了微中子具有微小的質量,而最初的標準模型並沒有預言這一點。不過對於帶電輕子,改變味的過程(比如緲子變成電子加一個光子)依然極其罕見或根本不存在,搜尋這類過程是探測新物理的靈敏手段。

幾十年來,物理學家一直在搜尋緲子僅衰變成一個電子加一個光子的過程。哪怕只發現一次,都會打破電子味和緲子味守恆,標誌著超越標準模型的新物理——但搜尋的上限越收越緊,始終一無所獲。

(迄今)被禁止的「緲子變電子加光子」衰變,是檢驗輕子味守恆的旗艦實驗。

微中子振盪已經在微中子領域打破了輕子味守恆;真正令人意外的是在帶電輕子之間看到它被打破,而這從未被觀測到。

又稱
轻子家族数輕子世代數lepton family number