在粒子物理学轻子家族中最著名的粒子是电子，电子是物质的关键组成部分，也是我们理解电学的核心。但电子并不是轻子家族唯一的孩子，它有两个更重的兄弟姐妹，?子和τ轻子，它们一起被称为三种轻子口味。根据粒子物理标准模型，这些兄弟姐妹之间唯一的区别应该是质量：?子比电子重约200倍，而轻子比?子重约17倍。
标准模型的一个显著特点是，每种味都有可能与一个W玻色子一样的相互作用：这是所谓轻子味道普适性的结果，轻子味的普适性已经在不同的过程和能量范围内进行了高精度的探索。在新发表在《arxiv》上的一篇研究论文中描述了一项新研究，该研究首次在2020年LHCP会议上公布，ATLAS合作使用一种全新技术精确测量了轻子味道的普适性。
ATLAS的物理学家研究了一对顶夸克衰变成一对W玻色子，然后衰变成轻子的碰撞事件，ATLAS物理协调员克劳斯·莫尼格说：大型强子对撞机是一家顶级夸克工厂，在第二次运行期间生产了1亿对顶夸克对，这给了我们一个W玻色子衰变为?子和τ轻子的大样本，这对于这种高精度的测量是必不可少的。然后，研究人员测量了由W玻色子衰变产生的轻子是?子或τ轻子的相对概率-这一比率被称为R(τ/μ)。
根据标准模型，R(τ/μ)应该是统一的，因为对于轻子和?子，与W玻色子的相互作用强度应该是相同的。但自从20世纪90年代在大型电子-正电子对撞机上的实验测得R(τ/μ)为1.070±0.026，偏离标准模型预期2.7%标准偏差以来，围绕这一问题一直存在紧张情绪。新的ATLAS值为R(τ/μ)=0.992±0.013，这是迄今为止对比率最精确的测量，其不确定度是LEP结果组合的一半。
ATLAS的测量结果与标准模型预期一致，并表明之前的LEP差异可能是由于波动造成，ATLAS发言人卡尔·雅各布斯(Karl Jakobs)说：大型强子对撞机被设计成希格斯玻色子和重新物理学的发现机器，但这一结果进一步表明，ATLAS实验也有能力在精度前沿进行测量。随着未来在第三轮及以后采集更多数据，研究进行这些类型的精确测量能力只会有所提高。
尽管轻子味普适性原理已经通过了这次最新的测试，但在大型强子对撞机实验记录的B介子衰变反常也被明确探测之前，轻子味道普适性的原理还没有完全走出困境。
博科园｜研究/来自：欧洲核研究中心
参考期刊《arxiv》
Cite: arXiv:2007.14040
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