轻子与电弱力

缪子与陶子的衰变(muon and tau decay)

为什么更重的轻子不会一直存在?因为大自然允许重粒子通过变成更轻的粒子来甩掉多余的质能,而缪子和陶子都有更轻的亲戚可以'落'向。电子作为最轻的带电轻子,没有更轻的去处,因此永远稳定;缪子和陶子没有这份运气,所以会衰变。

这两种衰变都由弱相互作用驱动,走的是同一套机制。重轻子放出一个 W 玻色子,自己转变成对应的中微子;W 玻色子不稳定,随即变成衰变产物。对缪子来说,W 几乎总是变成一个电子和一个电子反中微子,所以完整的故事是:缪子变成电子加缪子中微子加电子反中微子。陶子走'轻子型'路线时方式完全相同,变成一个电子或一个缪子加上中微子。但因为陶子重得多,它的 W 还可以变成一对夸克-反夸克,这对夸克随后以强子的形式现身——这就是陶子的'强子型'衰变。

这些衰变是教科书级的弱过程,也是检验理论的绝佳手段。缪子的寿命被测到了许多位小数,是确定弱相互作用强度(费米常数)最干净的途径之一。而比较缪子和陶子衰变的速率与模式,可以检验弱相互作用是否真的以相同的强度耦合到所有轻子代——这就是轻子普适性原理,标准模型坚持这一点,实验也在不断审视它。

把缪子衰变写成一条小小的链条:缪子甩出一个(虚的)W 玻色子,自己变成一个缪子中微子;W 随后转变成一个电子和一个电子反中微子。两个中微子总是不被看见地逃逸,这正是为什么飞出的电子并不携带某个固定的能量,而是一个能量分布。

两个看不见的中微子,让衰变电子拥有一段能量分布,而非单一的尖锐数值。

电子稳定并非靠魔法,而是靠记账:没有更轻的带电粒子能让它在守恒电荷的前提下衰变过去,所以它无处可去。

又称
leptonic decay轻子衰变輕子衰變