Τ子

Template:Lowercase Template:主條目消歧義 Template:NoteTA Template:Infobox Particle -{τ子}-（tauon），又稱-{陶子}-、-{濤子}-，是帶負電荷、自旋Template:Frac的基本粒子，標記為Template:SubatomicParticle，由馬丁·佩爾實驗團隊於1975年發現。τ子、電子、緲子與對應的三種中微子，都歸屬於輕子；τ子是第三代輕子，電子是第一代，緲子是第二代。對應於τ子的中微子稱為τ中微子。τ子的反粒子稱為反τ子，帶正電荷，其壽命、質量、自旋都和τ子相同，標記為Template:SubatomicParticle。

τ子的半衰期為Template:Val，質量為Template:Val（稍加比較，電子的質量為Template:Val，緲子的質量為Template:Val）。τ子的相互作用與電子非常類似，τ子可以視為電子的特大質量版本。由於τ子的特大質量，τ子發射出的軔致輻射比電子少很多，因此，τ子比電子更具有穿透性，但是τ子的壽命很短，τ子的移動範圍主要是由衰變長度設定，由於數值過小，很難觀察到軔致輻射。只有在超高能量時，即能量超過PeV時，才能觀察到τ子的穿透性。

歷史

馬丁·佩爾

馬丁·佩爾實驗團隊於1975年做實驗探測到τ子。Template:Rp這實驗主要使用到史丹福直線加速器中心那時新裝置的Template:Link-en（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

${\mathrm{e}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{e}}^{\mathrm{-}}\underset{}{\overset{}{\to }}{\mathrm{e}}^{\mathrm{\pm }}\mathrm{+}{\mathrm{\mu }}^{\mathrm{\mp }}\mathrm{+}$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Template:SubatomicParticleTemplate:SubatomicParticle粒子對被製成，然後在短暫時間後又衰變為緲子與中微子：

${\mathrm{e}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{e}}^{\mathrm{-}}\underset{}{\overset{}{\to }}{\mathrm{\tau }}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{\tau }}^{\mathrm{-}}\underset{}{\overset{}{\to }}{\mathrm{e}}^{\mathrm{\pm }}\mathrm{+}{\mathrm{\mu }}^{\mathrm{\mp }}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{\nu }$

這反應很難核對，因為製成Template:SubatomicParticleTemplate:SubatomicParticle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、Template:Link-en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

τ子衰變時發射W 玻色子的費曼圖。

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

${\mathrm{\tau }}^{\mathrm{-}}\stackrel{25.52\mathrm{\%}}{\to }{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{0}}\mathrm{+}{\mathrm{\nu }}_{\mathrm{\tau }}$

${\mathrm{\tau }}^{\mathrm{-}}\stackrel{10.83\mathrm{\%}}{\to }{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{\nu }}_{\mathrm{\tau }}$

${\mathrm{\tau }}^{\mathrm{-}}\stackrel{9.30\mathrm{\%}}{\to }{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{0}}\mathrm{+}{\mathrm{\nu }}_{\mathrm{\tau }}$

${\mathrm{\tau }}^{\mathrm{-}}\stackrel{8.99\mathrm{\%}}{\to }{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{\nu }}_{\mathrm{\tau }}$

${\mathrm{\tau }}^{\mathrm{-}}\stackrel{2.70\mathrm{\%}}{\to }{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{0}}\mathrm{+}{\mathrm{\nu }}_{\mathrm{\tau }}$

${\mathrm{\tau }}^{\mathrm{-}}\stackrel{1.05\mathrm{\%}}{\to }{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{\pi }}^{\mathrm{0}}\mathrm{+}{\mathrm{\nu }}_{\mathrm{\tau }}$

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L_τ為1，反τ子與反τ中微子的τ子數L_τ為-1；其它種輕子的τ子數L_τ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。τ子的常見純輕子型衰變與實驗測得的分支比為

${\mathrm{\tau }}^{\mathrm{-}}\stackrel{17.83\mathrm{\%}}{\to }{\mathrm{\nu }}_{\mathrm{\tau }}\mathrm{+}{\mathrm{e}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\overline{\mathrm{\nu }}}_{\mathrm{e}}$

${\mathrm{\tau }}^{\mathrm{-}}\stackrel{17.41\mathrm{\%}}{\to }{\mathrm{\nu }}_{\mathrm{\tau }}\mathrm{+}{\mathrm{\mu }}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}{\overline{\mathrm{\nu }}}_{\mathrm{\mu }}$

由於輕子普適性，這兩個數值很近似。Template:Rp

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Template:SubatomicParticleTemplate:SubatomicParticle或緲子偶素Template:SubatomicParticleTemplate:SubatomicParticle類似的τ子偶素（tauonium）Template:SubatomicParticleTemplate:SubatomicParticle，被預測有製備出來的可能性。

探測Template:SubatomicParticleTemplate:SubatomicParticle原子對於量子電動力學的研究極為重要，因為它是最具質量，最緊密的純量子電動力學系統之一。但是，由於τ子會非常快速地衰變，製備與研究Template:SubatomicParticleTemplate:SubatomicParticle原子是很困難的實驗。

參閱

• Template:Link-en

外部連結

• Nobel Prize in Physics 1995 Template:Wayback
• Perl's logbook showing tau discovery
• A Tale of Three Papers Template:Wayback gives the covers of the three original papers announcing the discovery.