[科普中國]-重輕子

概念

質(zhì)量比核子重的輕子，質(zhì)量比原有輕子重得多的輕子。以τ表示。由正電子、負(fù)電子 湮滅反應(yīng)產(chǎn)生：e++e-→τ++τ-。自旋1/2，電荷數(shù)為-1，平均壽命3.5×10-12s，不參與強(qiáng)相互作用。

1975年實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)重輕子，同時(shí)有實(shí)驗(yàn)跡象表明，存在與重輕子τ相伴的中微子γτ，相應(yīng)地存在τ輕子數(shù)守恒。

重輕子在LHC上的產(chǎn)生為了使得中微子獲得質(zhì)量，對(duì)SM進(jìn)行擴(kuò)展的seesaw刪機(jī)制中，seesaw I和seesaw III很明顯的出現(xiàn)了新的輕子(在有些模型中seesawⅡ也會(huì)出現(xiàn)重輕子)。這些輕子一般質(zhì)量都比較重(在TeV量級(jí))，因而我們稱之為重輕子。重輕子的產(chǎn)生是很自然的。在很多超出SM的新物理模型中也都出現(xiàn)了重輕子，如人工色模型、小Higgs模型、3-3-1模型、左右手模型等等。

人工色模型由于還沒有發(fā)現(xiàn)SM預(yù)言的Higgs玻色子，人工色模型的基本思想就是去掉了Higgs粒子，在模型中引入了一種新的費(fèi)米子-TC費(fèi)米子，在這些費(fèi)米子之間存在一種類似于強(qiáng)相互作用的新相互作用(TC)。用TC費(fèi)米子凝聚來代替SM中的Higgs玻色子，使電弱對(duì)稱群SU(2)L×U(1)y自發(fā)破缺到電磁對(duì)稱群U(1)EM，實(shí)現(xiàn)了電弱規(guī)范對(duì)稱性的動(dòng)力學(xué)破缺，從而解決了SM中的基本標(biāo)量場的不自然性和平庸性的問題，其中的TC費(fèi)米子就是該模型預(yù)言的重輕子。1

3-3-1模型這是一個(gè)是在規(guī)范對(duì)稱群SU(3)c×SU(3)L×U(1)Y(3-3-1)作用下超出SM的擴(kuò)展模型，簡稱3-3-1模型。3-3-1模型有很多種，這里介紹的3-3-1模型中包含一個(gè)右手中微子，它是是輕子三重態(tài)的一部分，人們將這種帶有右手中微子的3-3-1模型表示成331vR。這里我們關(guān)心的是它的輕子和標(biāo)量部分。對(duì)于其它部分，我們只知道它的基本內(nèi)容即可。該模型中包含9個(gè)規(guī)范玻色子，其中4個(gè)是SM的規(guī)范玻色子，而且最后四個(gè)帶2單位的輕子數(shù)，所以稱之為雙輕子。在夸克部分中除了SM的夸克，模型中還包括具有現(xiàn)象學(xué)意義的新夸克，它們具有帶重子和輕子數(shù)的特性，它們是leptoquark。為了在此模型下實(shí)現(xiàn)seesaw機(jī)制，在原來標(biāo)量部分的基礎(chǔ)上加入一個(gè)標(biāo)量的seesaw。這里認(rèn)為產(chǎn)生輕子數(shù)自發(fā)破缺和電弱對(duì)稱性自發(fā)破缺是協(xié)同產(chǎn)生的。以這樣的方式構(gòu)建的模型可以使所有的中微子都可以從Yukawa相互作用中產(chǎn)生質(zhì)量項(xiàng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)seesaw機(jī)制之后，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)比較重的輕子。這個(gè)具有電弱標(biāo)度的中微子可能會(huì)在LHC上直接觀測到。2

LHC模型由于SM存在著不自然性問題(又稱為規(guī)范等級(jí)問題)，一種叫做小Higgs的理論模型被提出．在此理論中假定Higgs粒子是整體對(duì)稱性破缺中的哥爾斯通玻色子，通過“集體對(duì)稱破缺”機(jī)制，用近似整體對(duì)稱性保護(hù)Higgs粒子的質(zhì)量。由新引入的與SM相應(yīng)粒子具有同樣自旋的新的頂夸克、新規(guī)范玻色子和新的標(biāo)量粒子分別抵消SM中頂夸克、規(guī)范玻色子以及Higgs自相互作用對(duì)Higgs質(zhì)量的單圈平方貢獻(xiàn)，從而使Higgs質(zhì)量免于平方發(fā)散，解決了不自然性問題。最小Higgs(LH)模型是小Higgs模型的最簡單實(shí)現(xiàn)方法。LH模型解決了SM中的不自然性問題，但是卻受到精確電弱測量數(shù)據(jù)的限制，即精細(xì)調(diào)節(jié)問題。為了解決這個(gè)問題，一個(gè)被稱為“T宇稱”的分立對(duì)稱性在LH模型中被引入，形成其中具有T宇稱的最小Higgs(LHT)模型。其中為了使費(fèi)米子部分實(shí)現(xiàn)T宇稱，引入三對(duì)“新輕子”和三對(duì)“新夸克”，它們具有T-odd宇稱，這里的T-odd輕子就是我們所說的重輕子。3