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Τ子

Wikipedia · 2026-07-08 维基百科 👁 1 阅读

{{Infobox Particle
| name = 陶子
| image = File:Tau lepton.svg
| caption =
| num_types =
| composition = 基本粒子
| family = 费米子
| group = 轻子
| generation = 第三代
| interaction = 引力、电磁力、
弱相互作用
| antiparticle = 反陶子（）
| discovered = （1975）
| symbol =
| mass =

歷史
馬丁·佩爾實驗團隊於1975年做實驗探測到τ子。這實驗主要使用到史丹福直線加速器中心那時新裝置的（SPEAR）與勞倫斯伯克利國家實驗室的磁性探測器。該實驗可以探測與分辨輕子、強子與光子，但該實驗並沒有直接探測到τ子，而是發現了64筆無法給出合理解釋的反常事件，這些事件的形式可以表示為
: \mathrm{

e^{+} + e^{-} \xrightarrow []{}\ e^{\pm}\ + \mu^{\mp}\ +\

}
至少兩個未被探測到的粒子

由於無法只用一個粒子來滿足能量守恆與動量守恆，因此必須存在有至少兩個未被探測到的粒子，可是該實驗並未探測到任何其它緲子、電子、光子、或強子，所以佩爾團隊提議，在這些事件裏，嶄新種類的粒子對被製成，然後在短暫時間後又衰變為緲子與中微子：

: \mathrm{

e^{+} + e^{-} \xrightarrow []{}\ \tau^{+}\ + \tau^{-}\ \xrightarrow []{}\ e^{\pm}\ + \mu^{\mp}\ + 4\nu

}

這反應很難核對，因為製成對所需的能量與製成D介子的閾值相近。後來，在德國電子加速器－漢堡、的直接電子計數器（Direct Electron Counter，DELCO）完成的研究工作測得了τ子的質量與自旋。佩爾因為發現τ子與對輕子物理學的開創性實驗研究、弗雷德里克·萊因斯因為發現中微子與對輕子物理學的開創性實驗研究，兩人共同榮獲1995年諾貝爾物理學獎。

符號τ衍生自希臘語τρίτον（triton，在英文裏"第三個"的意思），τ子是第三個被發現的帶電輕子。

衰變
的費曼圖。]]
τ子是唯一可以衰變成強子的輕子，其它輕子並不具有必需的質量。如同τ子的其它衰變方法，強子型衰變是通過弱相互作用進行。τ子的幾個主要強子型衰變與實驗測得的分支比為
:
\mathrm{\tau^{-}\ \xrightarrow {25.52\%}\ \pi^{-}\ + \pi^{0}\ + \nu_{\tau} }

:
\mathrm{\tau^{-}\ \xrightarrow {10.83\%}\ \pi^{-}\ + \nu_{\tau} }

:
\mathrm{\tau^{-}\ \xrightarrow {9.30\%}\ \pi^{-}\ + 2\pi^{0}\ + \nu_{\tau} }

:
\mathrm{\tau^{-}\ \xrightarrow {8.99\%}\ \pi^{-}\ + \pi^{+}\ + \pi^{-}\ + \nu_{\tau} }

:
\mathrm{\tau^{-}\ \xrightarrow {2.70\%}\ \pi^{-}\ + \pi^{+}\ + \pi^{-}\ + \pi^{0}\ + \nu_{\tau} }

:
\mathrm{\tau^{-}\ \xrightarrow {1.05\%}\ \pi^{-}\ + 3\pi^{0}\ + \nu_{\tau} }

將τ子的所有強子型衰變分支比總合起來，約為64.79%。

在標準模型裏，τ子與τ中微子的τ子數Lτ為1，反τ子與反τ中微子的τ子數Lτ為-1；其它種輕子的τ子數Lτ為0。由於在弱衰變裏，τ子數守恆，每當τ子衰變為緲子或電子時，會同步產生一個τ中微子。
:
\mathrm{\tau^{-}\ \xrightarrow {17.83\%} \nu_{\tau}\ + e^{-}\ +\bar{\nu}_{e} }

:
\mathrm{\tau^{-}\ \xrightarrow {17.41\%}\ \nu_{\tau}\ + \mu^{-}\ +\bar{\nu}_{\mu} }

由於輕子普適性，這兩個數值很近似。

奇異原子
像其它帶電亞原子粒子一般，τ子也可能與其他亞原子粒子共同形成奇異原子。例如，與電子偶素或緲子偶素類似的τ子偶素（tauonium），被預測有製備出來的可能性。

參閱
*

參考文獻
外部連結

#轻子

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