輕子

輕子（lepton）是指不參與強相互作用的自旋為 ћ/2 的費米子。輕子包括電子、μ子、τ粒子和與之相應的中微子（ν_e、ν_μ和ν_τ以及它們的反粒子）。電子e^－、μ^－和τ^－粒子的質量分別為0.51兆電子伏、105.66兆電子伏和1,776.99兆電子伏，它們都帶有一個單位的負電荷。它們的反粒子e⁺、μ⁺和τ⁺帶有一個單位的正電荷。中微子及其反粒子不帶電，是中性粒子，近年來實驗結果表明中微子具有非零的靜質量。

基本介紹

• 中文名：輕子
• 外文名：lepton
• 特徵：不參與強作用自旋為ћ/2的費米子
• 學科：核物理
• 隸屬：費米粒子
• 組成：包括電子、μ子、τ粒子和中微子

輕子與夸克

關於物質的基本組元和它們之間相互作用的實驗和理論研究,已經揭示了粒子物理世界的許多奧秘。我們現在已經知道,構成一切物質的基本磚塊有兩大家族:輕子和夸克,它們都是費米子。傳遞夸克、輕子之間相互作用的是規範玻色子,光子傳遞電磁力,膠子傳遞強力,W和Z傳遞弱力。

輕子家族

輕子家族的粒子有六種味,它們具有以下兩個重要性質：(1)輕子不參與強力的相互作用,只受電磁力和弱力的影響;(2)輕子數守恆,即輕子只能以粒子反粒子成對地產生或湮滅,總的輕子數(輕子數目減去反輕子數目)在已知的一切物理過程中保持不變。

已知的六種味的輕子成對出現,每一對包括一種荷電輕子和一種被稱為中微子的中性輕子。

輕子數守恆

輕子參與的所有弱相互作用和電磁相互作用過程中，發現存在一個守恆的量子數，稱為輕子數。電子e^－、μ^－和τ^－粒子的輕子數為+1，相應的反粒子的輕子數為－1。對所有的反應過程，輕子數的代數和在反應前後不變，並且電子輕子數、μ子輕子數和τ子輕子數也分別保持不變。與電荷守恆不同，電荷守恆與電磁相互作用相聯繫，而輕子數守恆沒有已知的相互作用為根據，只是實驗上發現它總是守恆。

實驗發現

1962年實驗上發現存在兩種中微子ν_e和ν_μ，它們分別與電子和μ子相聯繫，因此輕子數守恆又分解為電子數（e^－和ν_e粒子數減去e⁺和ν_e粒子數）和μ子數（μ^－和ν_μ粒子數減去μ⁺和ν_μ粒子數）分別守恆。1975年M.佩爾等在e⁺e^－對撞實驗中發現了一個新的輕子τ，它帶負電或正電，衰變成μ子或電子和兩個中微子。它的質量為1,776.99兆電子伏，接近質子質量的兩倍，所以又稱重輕子。2000年實驗上發現了與τ粒子相應的中微子ν_τ。同樣，在輕子參與的所有過程中，τ輕子數也是守恆的。除τ粒子外，前二類輕子（e、ν_e和μ、ν_μ）的性質已有較充分的研究，它們的性質非常類似，僅質量有很大差別，解釋這個現象是粒子物理學理論中的一個尚待解決的重要課題。