轻子与电弱力
夸克的弱味改变(weak flavor change)
夸克有六种类型,或称六种味:上、下、粲、奇、顶、底。多数时候,夸克的味是固定的——强相互作用和电磁力从不改变它。弱相互作用是唯一能把一种味的夸克变成另一种味的相互作用,而正是这唯一的本领,造就了几乎所有放射性衰变,也决定了重夸克最终如何碎裂成更轻的夸克。
它通过带电的 W 玻色子来实现。当一个夸克放出或吸收一个 W 时,它必须变成另一种味以平衡电荷,因为 W 带走了一个单位的电荷。一个下夸克(电荷 -1/3)可以放出一个 W 而变成上夸克(电荷 +2/3),这正是贝塔衰变中发生的事。同样的机制让奇夸克变成上夸克、底夸克变成粲夸克,等等。重夸克总是通过这种方式向更轻的夸克跌落,直到抵达上夸克或下夸克,它们再没有更轻的去处。
这里有一个微妙之处,结果意义深远。弱相互作用偏好把一个夸克变成同一代里的伙伴(下变上、奇变粲),但它也能跨代变换,只是没那么频繁。这些偏好的模式,被一张数字表格捕捉下来,叫做 CKM 矩阵。研究这些变味的速率,正是物理学家发现弱相互作用还能微妙地区分物质与反物质(CP 破坏)的途径,而这正是为什么我们的宇宙根本由物质构成的关键之一。
孤立的中子之所以会衰变,根源就是一次微小的变味:它内部的一个下夸克放出一个 W、变成上夸克,从而把中子变成质子。每一种把一个元素变成另一个元素的放射性,都可以追溯到弱相互作用像这样调换夸克的味。
只需一次'下变上'的变味,就能把中子变成质子。
与 W 不同,在标准模型中 Z 玻色子根本不改变夸克的味;变味中性流在极好的近似下是被禁止的,一旦发现它们,就预示着新物理。
又称
另见