穩定的輕子，除了電子和正電子，還有中微子們。

帶電的輕子只有電子是穩定的。其他輕子會衰變成電子和中微子。衰變的過程中必須電荷守恆，所以最終的衰變產物一定有電子或者正電子。而最輕的帶電輕子——電子，就無法衰變只能是穩定的了。

導讀：本章摘自獨立學者靈遁者量子力學科普書籍《見微知著》。此文旨在幫助大家認識我們身處的世界。世界是確定的，但世界的確定性不是我們能把我的。

這就是關於夸克的介紹，接下來我們認識一下輕子。

讓我們先來看看輕子列表。總計共有12個。

輕子（Lepton）是一種不參與強相互作用、自旋為1/2的基本粒子。電子是最為人知的一種輕子；大部分化學領域都會涉及到與電子的相互作用，原子不能沒有它，所有化學性質都直接與它有關。

輕子又分為兩類：“帶電輕子”與“中性輕子”。帶電輕子包括電子、μ子、τ子，可以與其它粒子組合成複合粒子，例如原子、電子偶素等等。 在所有帶電輕子中，電子的質量最輕，也是宇宙中最穩定、最常見的輕子；質量較重的μ子與τ子會很快地衰變成電子，μ子與τ子必須經過高能量碰撞製成，例如使用粒子加速器或在宇宙線探測實驗。

中性輕子包括電中微子、μ中微子、τ中微子；它們很少與任何粒子相互作用，很難被觀測到。

輕子一共有六種風味，形成三個世代。第一代是電輕子，包括電子（e−）與電中微子 （νe）。第二代是緲輕子，包括μ子（μ−）與μ中微子 （νμ）。第三代是陶輕子，包括τ子（τ−）與τ中微子（ντ）。

輕子擁有很多內秉性質，包括電荷、自旋、質量等等。輕子與夸克有一點很不相同：輕子不會感受到強作用力。輕子會感受到其它三種基礎力：引力、弱作用力、電磁力。

但是，由於中微子的電性是中性，中微子不會感受到電磁力。每一種輕子風味都有其對應的反粒子，稱為“反輕子”。帶電輕子與對應的反輕子唯一不同之處是帶有電荷的正負號相反。根據某些理論，中微子是自己的反粒子，但這論點尚未被證實。

在標準模型裡，輕子扮演重要角色，電子是原子的成分之一，與質子、中子共同組成原子。在某些被合成的奇異原子裡，電子被更換為μ子或τ子。像電子偶素一類的輕子-反輕子粒子也可以被合成。

最先被辨識的輕子是電子，英國物理學者約瑟夫·湯姆孫與實驗團隊於1897年發現電子。1930年，沃爾夫岡·泡利大膽假設電中微子存在，這是為了解釋β衰變的能量缺失問題，挽救能量守恆定律；泡利認為，所有最初與最終觀察到的粒子的能量差，都被一種尚未探測到的粒子帶走了，這粒子具有電中性，不會留下軌跡，所以很難探測到。

三年後，恩里科·費米給出理論，成功描述β衰變，強力支援泡利的假設。費米將這粒子命名為“中微子”，意思為“微小的中子”。在那時期，電中微子被稱為中微子，因為尚未發現其它世代的中微子。1956年，克萊德·科溫與弗雷德裡克·萊因斯共同完成科溫-萊因斯中微子實驗（英語：Cowan–Reines neutrino experiment）首先直接觀察到中微子的存在。

在電子被發現大約40年之後，卡爾·安德森於1936年發現了μ子。由於它的質量，μ子最初被歸類為介子，而不是輕子。漸漸地，學者發覺μ子的性質更接近電子，只是質量比較大，而且μ子不會感受到強相對作用，不具有介子的性質。

1947年，才有學者開始提議一群粒子被歸類為輕子的概念。後來，μ子被重新歸類，μ子、電子與電中微子一起被歸類為輕子。1962年 利昂·萊德曼、梅爾文·施瓦茨與傑克·施泰因貝格爾做實驗直接探測到μ中微子，證實不只一種中微子存在。

馬丁·佩爾與他的實驗團隊於1975年完成實驗首先探測到τ子。如同電子與μ子，物理學者認為它應該也有伴隨的中微子，這是因為他們觀察到類似β衰變的缺失能量問題。費米實驗室的直接觀察τ中微子實驗（Direct Observation of the NU Tau，DONUT ）團隊於2000年探測到τ中微子參與作用的證據。

雖然現有資料符合三個世代的輕子，有些粒子物理學者仍在尋找第四代帶電輕子。這種帶電輕子的質量下限為100.8 GeV，伴隨它的中微子最少應該帶有質量45.0 GeV。

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輕子是自旋1⁄2粒子，只能處於兩種自旋態：上旋或下旋。自旋統計定理將它們按照自旋歸類為費米子，遵守泡利不相容原理，因此任何兩個全同的輕子不能同時佔有相同的量子態。

手徵性與螺旋性（helicity）是與自旋緊密相關的兩種性質，螺旋性跟粒子的自旋與動量之間的相對方向有關；假若是同向，則粒子具有右手螺旋性，否則粒子具有左手螺旋性。對於不帶質量粒子，這相對方向與參考系無關，可是，對於帶質量粒子，由於可以藉著洛倫茲變換來改換參考系，從不同的參考系觀察，粒子動量不同，因此翻改螺旋性，可以從右手螺旋性翻改為左手螺旋性，或從左手螺旋性翻改為右手螺旋性。手徵性是透過龐加萊群（Poincaré group）的變換來定義的性質。對於不帶質量粒子，手徵性與螺旋性一致；對於帶質量粒子，手徵性與螺旋性有別。

在很多量子場論裡，例如量子電動力學與量子色動力學，並沒有對左手與右手費米子作任何區分，可是，在標準模型的弱相互作用理論裡，按照手徵性區分的左手與右手費米子被非對稱地處理，只有左手費米子參與弱相互作用，右手中微子不存在。這是宇稱違反的典型例子。

輕子與對應的中微子之間的相互作用與風味無關，換句話說，對於電子與電中微子之間的相互作用、μ子與μ中微子之間的相互作用、τ子與τ中微子之間的相互作用，假若將質量差別納入考量，則這三種相互作用的效應相等。這性質稱為輕子相互作用的“普適性”。所有已知實驗資料與這種普適性一致。

做實驗測量τ子與μ子的平均壽命，或Z玻色子衰變為輕子的部分衰變寬度，可以檢驗這性質。在大型正負電子對撞機與斯坦福直線加速器裡，完成了很多這類檢驗普適性的實驗。

摘自獨立學者靈遁者量子力學科普書籍《見微知著》