[科普中国]-轻子数

在粒子物理学中，轻子数是一个守恒的量子数，代表着一个基础粒子反应中的轻子数量减去反轻子数量（轻子数用L表示，凡是轻子，L=+1；凡是反轻子，L=-1；轻子以外的粒子，L=0）。1

相关概念轻子与夸克关于物质的基本组元和它们之间相互作用的实验和理论研究，已经揭示了粒子物理世界的许多奥秘。我们现在已经知道，构成一切物质的基本砖块有两大家族：轻子和夸克，它们都是Fem粒子。传递夸克、轻子之间相互作用的是规范Bose粒子，光子传递电磁力，胶子传递强力，W和Z传递弱力。2

轻子家族轻子家族的粒子有六种。

轻子家族的粒子有六种味,它们具有以下两个重要性质：

(1)轻子不参与强力的相互作用,只受电磁力和弱力的影响;

(2)轻子数守恒,即轻子只能以粒子反粒子成对地产生或湮灭,总的轻子数(轻子数目减去反轻子数目)在已知的一切物理过程中保持不变。

已知的六种味的轻子成对出现,每一对包括一种荷电轻子和一种被称为中微子的中性轻子。2

轻子数实验证明，在相互作用中轻子数守恒。比如反应前轻子数总和为+1，反应后生成的粒子的轻子数总和也为+1。不同类的轻子，如e轻子（电子、Ve子）的轻子数和μ轻子（μ子、Vμ子）的轻子数在实验中也是分别守衡的。

Le，电子和电子中微子轻子数；

Lμ，介子和介子中微子轻子数；

L ， 粒子和 粒子中微子的轻子数。1

描述粒子内部性质的一种相加性量子数。记为L，有电轻子数Le、μ轻子数Lμ和τ轻子数Lτ3种。电子e-及电子中微子γe的Le为+1 ，它们的反粒子e+和的Le为－1，其他粒子的Le=0；μ-和γμ的Lμ=+1，它们的反粒子μ+和γe的Lμ=－1，其他粒子的Lμ=0；τ-和γτ的τ粒子数L =+1，它们的反粒子 +和γe的L =－1，其他粒子的 L =0。有轻子参与的强作用、电磁作用、弱作用，粒子反应或衰变过程中，各轻子数分别守恒。轻子数守恒禁戒了一些似乎能够发生的过程。例如μ±→e±+γ过程不会发生。2

实验发现1962年实验上发现存在两种中微子Ve和Vμ，它们分别与电子和μ子相联系，因此轻子数守恒又分解为电子数（e－和Ve粒子数减去e+和Ve粒子数）和μ子数（μ－和Vμ粒子数减去μ+和Vμ粒子数）分别守恒。1975年M.佩尔等在e+e－对撞实验中发现了一个新的轻子τ，它带负电或正电，衰变成μ子或电子和两个中微子。它的质量为1,776.99兆电子伏，接近质子质量的两倍，所以又称重轻子。2000年实验上发现了与τ粒子相应的中微子V。同样，在轻子参与的所有过程中，τ轻子数也是守恒的。除 粒子外，前二类轻子（e、Ve和μ、Vμ）的性质已有较充分的研究，它们的性质非常类似，仅质量有很大差别，解释这个现象是粒子物理学理论中的一个尚待解决的重要课题。3

轻子数守恒轻子参与的所有弱相互作用和电磁相互作用过程中，发现存在一个守恒的量子数，称为轻子数。电子e－、μ－和 －粒子的轻子数为+1，相应的反粒子的轻子数为－1，其它非轻子粒子的轻子数为0。对所有的反应过程，轻子数的代数和在反应前后不变，并且电子轻子数、μ子轻子数和 子轻子数也分别保持不变。与电荷守恒不同，电荷守恒与电磁相互作用相联系，而轻子数守恒没有已知的相互作用为根据，只是实验上发现它总是守恒。3

举例介子衰变。像许多轻子之间的相互作用一样，μ介子的衰变是一个弱相互作用。这是引用的一个利用狭义相对论测试时间膨胀效应的例子。1

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本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学