[科普中国]-重轻子

概念

质量比核子重的轻子，质量比原有轻子重得多的轻子。以τ表示。由正电子、负电子 湮灭反应产生：e++e-→τ++τ-。自旋1/2，电荷数为-1，平均寿命3.5×10-12s，不参与强相互作用。

1975年实验发现重轻子，同时有实验迹象表明，存在与重轻子τ相伴的中微子γτ，相应地存在τ轻子数守恒。

重轻子在LHC上的产生为了使得中微子获得质量，对SM进行扩展的seesaw删机制中，seesaw I和seesaw III很明显的出现了新的轻子(在有些模型中seesawⅡ也会出现重轻子)。这些轻子一般质量都比较重(在TeV量级)，因而我们称之为重轻子。重轻子的产生是很自然的。在很多超出SM的新物理模型中也都出现了重轻子，如人工色模型、小Higgs模型、3-3-1模型、左右手模型等等。

人工色模型由于还没有发现SM预言的Higgs玻色子，人工色模型的基本思想就是去掉了Higgs粒子，在模型中引入了一种新的费米子-TC费米子，在这些费米子之间存在一种类似于强相互作用的新相互作用(TC)。用TC费米子凝聚来代替SM中的Higgs玻色子，使电弱对称群SU(2)L×U(1)y自发破缺到电磁对称群U(1)EM，实现了电弱规范对称性的动力学破缺，从而解决了SM中的基本标量场的不自然性和平庸性的问题，其中的TC费米子就是该模型预言的重轻子。1

3-3-1模型这是一个是在规范对称群SU(3)c×SU(3)L×U(1)Y(3-3-1)作用下超出SM的扩展模型，简称3-3-1模型。3-3-1模型有很多种，这里介绍的3-3-1模型中包含一个右手中微子，它是是轻子三重态的一部分，人们将这种带有右手中微子的3-3-1模型表示成331vR。这里我们关心的是它的轻子和标量部分。对于其它部分，我们只知道它的基本内容即可。该模型中包含9个规范玻色子，其中4个是SM的规范玻色子，而且最后四个带2单位的轻子数，所以称之为双轻子。在夸克部分中除了SM的夸克，模型中还包括具有现象学意义的新夸克，它们具有带重子和轻子数的特性，它们是leptoquark。为了在此模型下实现seesaw机制，在原来标量部分的基础上加入一个标量的seesaw。这里认为产生轻子数自发破缺和电弱对称性自发破缺是协同产生的。以这样的方式构建的模型可以使所有的中微子都可以从Yukawa相互作用中产生质量项。结果发现实现seesaw机制之后，会出现一个比较重的轻子。这个具有电弱标度的中微子可能会在LHC上直接观测到。2

LHC模型由于SM存在着不自然性问题(又称为规范等级问题)，一种叫做小Higgs的理论模型被提出．在此理论中假定Higgs粒子是整体对称性破缺中的哥尔斯通玻色子，通过“集体对称破缺”机制，用近似整体对称性保护Higgs粒子的质量。由新引入的与SM相应粒子具有同样自旋的新的顶夸克、新规范玻色子和新的标量粒子分别抵消SM中顶夸克、规范玻色子以及Higgs自相互作用对Higgs质量的单圈平方贡献，从而使Higgs质量免于平方发散，解决了不自然性问题。最小Higgs(LH)模型是小Higgs模型的最简单实现方法。LH模型解决了SM中的不自然性问题，但是却受到精确电弱测量数据的限制，即精细调节问题。为了解决这个问题，一个被称为“T宇称”的分立对称性在LH模型中被引入，形成其中具有T宇称的最小Higgs(LHT)模型。其中为了使费米子部分实现T宇称，引入三对“新轻子”和三对“新夸克”，它们具有T-odd宇称，这里的T-odd轻子就是我们所说的重轻子。3