輕子數

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轻子数粒子物理学中定义的一个量子数,常用L来表示。轻子数规定为轻子的数目减去反轻子的数目。方程形式:

L = n_{\ell} - n_{\overline{\ell}}

因此所有的轻子的轻子数为+1, 反轻子的轻子数为−1, 非轻子粒子的轻子数为0. 轻子数(有时也称作轻荷)是可加的量子数, 这意味着它的和在作用下守恒(与之相反的是可乘的量子数宇称, 它的积在电磁作用与强相互作用下是守恒的).

类似于轻子数, 各轻子族数的定义

与轻子数的定义有相同的模式: 该族粒子的该量子数为+1, 该族反粒子的该量子数为−1, 非该族的粒子的该量子数为0.

轻子数守恒定律[编辑]

粒子物理学标准模型依赖于轻子数守恒, 即作用过程中轻子数不变. 例如beta衰变:

\begin{matrix}
 & n & \rightarrow & p & + & e^{-} & + & {\overline{\nu}}_e \\
L: & 0 & = & 0 & + & 1 & - & 1 \end{matrix}

反应前轻子数为0(中子n是一个重子因此反应前没有轻子), 而反应后总轻子数也为0, 其中质子的轻子数为0, 电子(一种轻子)的轻子数为+1, 反电中微子(一种轻子)的轻子数为−1. 因此衰变后轻子数之和为0, 该数量守恒.

轻子族数守恒,即每一轻子族的轻子的数量守恒. 例如,μ子总是衰变为:

\begin{matrix}
 & \mu^{-} & \rightarrow & e^{-} & + & {\overline{\nu}}_e & + & \nu_{\mu} \\
L: & 1 & = & 1 & - & 1 & + & 1 \\
L_e: & 0 & = & 1 & - & 1 & + & 0 \\
L_{\mu}: & 1 & = & 0 & + & 0 & + & 1 
\end{matrix}

因此保持了电轻子数与μ轻子数不变. 这意味这轻子族数守恒定律对于每一个Le, Lμ, Lτ成立.

轻子族数守恒,可以直观理解为有质量的基本粒子是由费米子组成。费米子包括夸克、电轻子、μ轻子、τ轻子四大类别。这四类费米子不可分解为更细小的粒子,因此在反应时,这四类费米子必须分别是成对出现或成对湮灭。所以夸克数、电轻子数、μ轻子数、τ轻子数分别都是守恒的。

轻子数守恒定律的违反[编辑]

标准模型中, 如果中微子是无质量的,则轻子族数(LF numbers)守恒. 由于观测到了中微子振荡,中微子确是有微小质量因而轻子族数守恒定律仅是近似成立的. 这意味着轻子族数守恒律可以违反,虽然因中微子质量很小,在包括带电轻子的反应中轻子族数守恒定律成立的可能性很大. 但是, 轻子总数的守恒律在标准模型下必须成立. 因此可以看到罕见的μ子衰变:

\begin{matrix}
 & \mu^{-} & \rightarrow & e^{-} & + & \nu_e & + & \overline{\nu}_{\mu} \\
L: & 1 & = & 1 & + & 1 & - & 1 \\
L_e: & 0 & \ne & 1 & + & 1 & + & 0 \\
L_{\mu}: & 1 & \ne & 0 & + & 0 & - & 1 
\end{matrix}

参阅[编辑]

参考资料[编辑]

  • Griffiths, David J. Introduction to Elementary Particles. Wiley, John & Sons, Inc. 1987. ISBN 0-471-60386-4. 
  • Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph. Modern Physics (4th ed.). W. H. Freeman. 2002. ISBN 0-7167-4345-0.