τ子

历史

马丁·佩尔

马丁·佩尔实验团队于1975年做实验探测到τ子。 这实验主要使用到史丹福直线加速器中心那时新装置的 史丹福正负电子非对称圈 （ 英语 ： Stanford Positron Electron Asymmetric Ring ） （SPEAR）与劳伦斯伯克利国家实验室的磁性探测器。该实验可以探测与分辨轻子、强子与光子，但该实验并没有直接探测到τ子，而是发现了64笔无法给出合理解释的反常事件，这些事件的形式可以表示为

由于无法只用一个粒子来满足能量守恒与动量守恒，因此必须存在有至少两个未被探测到的粒子，可是该实验并未探测到任何其它μ子、电子、光子、或强子，所以佩尔团队提议，在这些事件里，崭新种类的 τ + τ − 粒子对被制成，然后在短暂时间后又衰变为μ子与中微子：

这反应很难核对，因为制成 τ + τ − 对所需的能量与制成D介子的阈值相近。后来，在德国电子加速器－汉堡、 史丹福正负电子非对称圈 （ 英语 ： Stanford Positron Electron Asymmetric Ring ） 的直接电子计数器（Direct Electron Counter，DELCO）完成的研究工作测得了τ子的质量与自旋。佩尔因为发现τ子与对轻子物理学的开创性实验研究、弗雷德里克·莱因斯因为发现中微子与对轻子物理学的开创性实验研究，两人共同荣获1995年诺贝尔物理学奖。

符号τ衍生自希腊语 τρίτον （ triton ，在英文里"第三个"的意思），τ子是第三个被发现的带电轻子。

衰变

τ子衰变时发射W 玻色子的费曼图。

τ子是唯一可以衰变成强子的轻子，其它轻子并不具有必需的质量。如同τ子的其它衰变方法，强子型衰变是通过弱相互作用进行。 τ子的几个主要强子型衰变与实验测得的分支比为

τ − → π − π 0 ν τ ：25.52%

τ − → π − ν τ ：10.83%

τ − → π − 2 π 0 ν τ ：9.30%

τ − → π − π + π − ν τ ：8.99%

τ − → π − π + π − π 0 ν τ ：2.70%

τ − → π − 3 π 0 ν τ ：1.05%

将τ子的所有强子型衰变分支比总合起来，约为64.79%。

在标准模型里，τ子与τ中微子的τ子数L τ 为1，反τ子与反τ中微子的τ子数L τ 为-1；其它种轻子的τ子数L τ 为0。由于在弱衰变里，τ子数守恒，每当τ子衰变为μ子或电子时，会同步产生一个τ中微子。 τ子的常见纯轻子型衰变与实验测得的分支比为

τ − → ν τ e − ν e ：17.83%

τ − → ν τ μ − ν μ ：17.41%

由于轻子普适性，这两个数值很近似。

奇异原子

像其它带电亚原子粒子一般，τ子也可能与其他亚原子粒子共同形成奇异原子。例如，与电子偶素 e + e − 或μ子偶素 μ + e − 类似的τ子偶素（tauonium） τ + e − ，被预测有制备出来的可能性。

探测 τ + τ − 原子对于量子电动力学的研究极为重要，因为它是最具质量，最紧密的标量子电动力学系统之一。但是，由于τ子会非常快速地衰变，制备与研究 τ + τ − 原子是很困难的实验。

参阅

小出公式 （ 英语 ： Koide formula ）

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