輕子
/ LEP-ton /
並非所有構成物質的東西都要承受強力那令人窒息的束縛。傳導電流的電子、每秒以兆計穿過你身體的幽靈般的微中子,以及它們較重的表親緲子(muon)與濤子(tau),全都是輕子——一種基本費米子,完全站在夸克那個帶色世界之外。如果夸克是永遠鎖在原子核裡的磚塊,那麼輕子就是自由行動者:電子可以乾淨俐落地從原子中被打出來,微中子可以穿越一光年厚的鉛。
輕子是自旋 1/2 的費米子,不帶色荷,因此完全不參與強交互作用。共有六個輕子,分屬三個世代:帶電輕子——電子(e)、緲子(mu)、濤子(tau)——各帶 -1 e 電荷且質量依序遞增;以及它們三個中性的夥伴,電子微中子、緲子微中子與濤子微中子。帶電輕子同時感受電磁力與弱力;微中子只感受弱力與重力。每個世代帶有一個輕子味數(lepton-flavor number),在幾乎所有過程中都守恆,這正是為什麼一個緲子會衰變成一個電子加一個緲子微中子再加一個電子反微中子,把帳目結平。
1936 年在宇宙射線中發現緲子時,它是如此出乎意料,據說物理學家拉比(Rabi)問道:「這是誰點的菜?」——一個沒有明顯用途、電子的加重版。輕子是標準模型最乾淨的地方:不像夸克,它們以自由粒子的形式出現,所以電子的磁矩可以被測量並被預測到小數點後十二位,是全科學中理論與實驗最精確的一致。有一點值得說明:微中子振盪顯示輕子味並非完美守恆,這是原始標準模型在實驗室裡出現的第一道裂縫。
抵達地面的宇宙射線緲子,是一個在高空數公里處產生的輕子;它之所以能撐完整趟旅程,全靠相對論性的時間膨脹,把它 2.2 微秒的壽命拉長到足以走完這段距離。
緲子是又重又不穩定的輕子,它能存活到海平面,是狹義相對論的經典演示。
不要把微中子想成只是一個「小」粒子;它難以捉摸的原因不在於尺寸,而在於它只透過弱力交互作用,因此能穿過會瞬間攔住電子的物質。