轻子与电弱力

轻子味(lepton flavor)

轻子味是轻子计数规则的更精细版本。不仅轻子的总数保持平衡,而且——在大多数普通反应中——三个家族各自内部的计数也分别保持平衡。有一笔电子型账(电子和它的中微子)、一笔缪子型账(缪子和它的中微子)、一笔陶子型账(陶子和它的中微子),每一笔似乎都各记各的小账本。

揭示这一点的谜题是这样的。缪子衰变时,原则上它本可以只变成一个电子加一个光子,这样能量、电荷和轻子总数都守恒。可这从来没发生过。实际上缪子总是产生一个电子加两个中微子——一个缪子中微子和一个电子反中微子。缪子中微子在那里是为了把缪子味的计数保持在 +1(衰变前的缪子缪子味为 +1),而电子反中微子(电子味 -1)抵消了新生的电子(电子味 +1)。每个家族各自平衡。

轻子味有一个著名的已知例外:中微子振荡。中微子在飞行途中会慢慢变换类型——电子中微子可以变成缪子中微子——这意味着单个轻子味的计数其实并非完全守恒。这是一项重大发现,因为它证明了中微子具有微小的质量,而最初的标准模型并没有预言这一点。不过对于带电轻子,改变味的过程(比如缪子变成电子加一个光子)依然极其罕见或根本不存在,搜寻这类过程是探测新物理的灵敏手段。

几十年来,物理学家一直在搜寻缪子仅衰变成一个电子加一个光子的过程。哪怕只发现一次,都会打破电子味和缪子味守恒,标志着超越标准模型的新物理——但搜寻的上限越收越紧,始终一无所获。

(迄今)被禁止的'缪子变电子加光子'衰变,是检验轻子味守恒的旗舰实验。

中微子振荡已经在中微子领域打破了轻子味守恒;真正令人意外的是在带电轻子之间看到它被打破,而这从未被观测到。

又称
轻子家族数輕子世代數lepton family number