發(fā)現輕子家族中的電子，是物質的關鍵組成部分

在粒子物理學輕子家族中最著名的粒子是電子，電子是物質的關鍵組成部分，也是我們理解電學的核心。但電子并不是輕子家族唯一的孩子，它有兩個更重的兄弟姐妹，μ子和τ輕子，它們一起被稱為三種輕子口味。根據粒子物理標準模型，這些兄弟姐妹之間唯一的區(qū)別應該是質量：μ子比電子重約200倍，而輕子比μ子重約17倍。

標準模型的一個顯著特點是，每種味都有可能與一個W玻色子一樣的相互作用：這是所謂輕子味道普適性的結果，輕子味的普適性已經在不同的過程和能量范圍內進行了高精度的探索。在新發(fā)表在《arxiv》上的一篇研究論文中描述了一項新研究，該研究首次在2020年LHCP會議上公布，ATLAS合作使用一種全新技術精確測量了輕子味道的普適性。

ATLAS的物理學家研究了一對頂夸克衰變成一對W玻色子，然后衰變成輕子的碰撞事件，ATLAS物理協調員克勞斯·莫尼格說：大型強子對撞機是一家頂級夸克工廠，在第二次運行期間生產了1億對頂夸克對，這給了我們一個W玻色子衰變?yōu)棣套雍挺虞p子的大樣本，這對于這種高精度的測量是必不可少的。

然后，研究人員測量了由W玻色子衰變產生的輕子是μ子或τ輕子的相對概率-這一比率被稱為R(τ/μ)。根據標準模型，R(τ/μ)應該是統一的，因為對于輕子和μ子，與W玻色子的相互作用強度應該是相同的。但自從20世紀90年代在大型電子-正電子對撞機上的實驗測得R(τ/μ)為1.070±0.026，偏離標準模型預期2.7%標準偏差以來，圍繞這一問題一直存在緊張情緒。

新的ATLAS值為R(τ/μ)=0.992±0.013，這是迄今為止對比率最精確的測量，其不確定度是LEP結果組合的一半。ATLAS的測量結果與標準模型預期一致，并表明之前的LEP差異可能是由于波動造成，ATLAS發(fā)言人卡爾·雅各布斯(Karl Jakobs)說：大型強子對撞機被設計成希格斯玻色子和重新物理學的發(fā)現機器

但這一結果進一步表明，ATLAS實驗也有能力在精度前沿進行測量。隨著未來在第三輪及以后采集更多數據，研究進行這些類型的精確測量能力只會有所提高。盡管輕子味普適性原理已經通過了這次最新的測試，但在大型強子對撞機實驗記錄的B介子衰變反常也被明確探測之前，輕子味道普適性的原理還沒有完全走出困境。

審核編輯 ：李倩