輕子數

輕子數是粒子物理學中定義的一個量子數，常用L來表示。輕子數規定為輕子的數目減去反輕子的數目。方程式形式：

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

因此所有的輕子的輕子數為+1，反輕子的輕子數為−1，非輕子粒子的輕子數為0。輕子數（有時也稱作輕荷）是可加的量子數，這意味著它的和在作用下守恆（與之相反的是可乘的量子數如宇稱，它的積在電磁作用與強交互作用下是守恆的）。

類似於輕子數，各輕子族數的定義

• L_e，電子與電微中子的電輕子數；
• L_μ，緲子與緲微中子的μ輕子數；
• L_τ，陶子與濤微中子的τ輕子數；

與輕子數的定義有相同的模式：該族粒子的該量子數為+1，該族反粒子的該量子數為−1，非該族的粒子的該量子數為0。

輕子數守恆定律

粒子物理學標準模型依賴於輕子數守恆，即作用過程中輕子數不變。例如beta衰變：

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

反應前輕子數為0（中子n是一個重子因此反應前沒有輕子），而反應後總輕子數也為0，其中質子的輕子數為0，電子(一種輕子)的輕子數為+1，反電微中子(一種輕子)的輕子數為−1。因此衰變後輕子數之和為0，該數量守恆。

輕子族數守恆，即每一輕子族的輕子的數量守恆。例如，緲子總是衰變為：

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

因此保持了電輕子數與μ輕子數不變。這意味這輕子族數守恆定律對於每一個L_e, L_μ, L_τ成立。

輕子族數守恆，可以直觀理解為有質量的基本粒子是由費米子組成。費米子包括夸克、電輕子、μ輕子、τ輕子四大類別。這四類費米子不可分解為更細小的粒子，因此在反應時，這四類費米子必須分別是成對出現或成對湮滅。所以夸克數、電輕子數、μ輕子數、τ輕子數分別都是守恆的。

輕子數守恆定律的違反

標準模型中，如果微中子是無質量的，則輕子族數（LF numbers）守恆。由於觀測到了微中子振盪，微中子確是有微小質量因而輕子族數守恆定律僅是近似成立的。這意味著輕子族數守恆律可以違反，雖然因微中子質量很小，在包括帶電輕子的反應中輕子族數守恆定律成立的可能性很大。但是，輕子總數的守恆律在標準模型下必須成立。因此可以看到罕見的緲子衰變：

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

參閱

• 輕子
• 重子數
• 量子數

參考資料

• 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.