輕子與電弱力

緲子與陶子的衰變(muon and tau decay)

為什麼更重的輕子不會一直存在?因為大自然允許重粒子通過變成更輕的粒子來甩掉多餘的質能,而緲子和陶子都有更輕的親戚可以「落」向。電子作為最輕的帶電輕子,沒有更輕的去處,因此永遠穩定;緲子和陶子沒有這份運氣,所以會衰變。

這兩種衰變都由弱交互作用驅動,走的是同一套機制。重輕子放出一個 W 玻色子,自己轉變成對應的微中子;W 玻色子不穩定,隨即變成衰變產物。對緲子來說,W 幾乎總是變成一個電子和一個電子反微中子,所以完整的故事是:緲子變成電子加緲子微中子加電子反微中子。陶子走「輕子型」路線時方式完全相同,變成一個電子或一個緲子加上微中子。但因為陶子重得多,它的 W 還可以變成一對夸克-反夸克,這對夸克隨後以強子的形式現身——這就是陶子的「強子型」衰變。

這些衰變是教科書級的弱過程,也是檢驗理論的絕佳手段。緲子的壽命被測到了許多位小數,是確定弱交互作用強度(費米常數)最乾淨的途徑之一。而比較緲子和陶子衰變的速率與模式,可以檢驗弱交互作用是否真的以相同的強度耦合到所有輕子代——這就是輕子普適性原理,標準模型堅持這一點,實驗也在不斷審視它。

把緲子衰變寫成一條小小的鏈條:緲子甩出一個(虛的)W 玻色子,自己變成一個緲子微中子;W 隨後轉變成一個電子和一個電子反微中子。兩個微中子總是不被看見地逃逸,這正是為什麼飛出的電子並不攜帶某個固定的能量,而是一個能量分布。

兩個看不見的微中子,讓衰變電子擁有一段能量分布,而非單一的尖銳數值。

電子穩定並非靠魔法,而是靠記帳:沒有更輕的帶電粒子能讓它在守恆電荷的前提下衰變過去,所以它無處可去。

又稱
leptonic decay轻子衰变輕子衰變