Ядерная физика Лептонные числа

Лептонное число - аддитивное квантовое число, которое сопоставляется каждому поколению лептонов. Лептонам приписывается лептонное число L = +1, антилептонам - L = -1.

L_e(e^-,_e) = +1,
(^-,) = +1,
(^-,) = +1,

L_e(e⁺,_e) = -1,
(⁺,) = -1,
(⁺,) = -1.

У частиц не являющихся лептонами лептонные числа равны 0. Лептонное число системы частиц равно алгебраической сумме лептонных чисел входящих в нее частиц. Как следует из эксперимента, во всех процессах, происходящих в замкнутой системе в результате сильных, электромагнитных и слабых взаимодействий, каждое лептонное число L_e,

сохраняется порознь. Это позволяет объяснить почему, например, происходят процессы

_e + p

e⁺ + n,

+ n

^- + p,

^- +

e^- +

_e +

e^- +

_e +

e^-+

+ p

⁺ + n,

+ n e^- + p

и другие. Закон сохранения лептонных чисел требует, например, чтобы в реакции распада нейтрона вместе с электроном обязательно рождалось электронное антинейтрино. Распад

^--мезона обязательно должен сопровождаться появлением отрицательного мюона и мюонного антинейтрино. Распад отрицательного мюона должен сопровождаться появлением мюонного нейтрино и электронного антинейтрино. В то же время законы сохранения L_e и

запрещают распад отрицательного мюона на электрон и гамма-квант.
Однако с теоретической точки зрения нет весомых аргументов считать, что законы сохранения лептонных чисел являются абсолютно строгими законами сохранения. Поэтому важно установить степень выполнения этих законов сохранения. Точность выполнения законов сохранения лептонных чисел L_e,

оценивается на основе сопоставления вероятностей процессов разрешенных и запрещенных этими законами сохранения.

e^-+

) / w(

e^- +

_e +

) < 10^-12,
w(

e^-+ e⁺+e^-) / w(

e^- +

_e +

) < 10^-13,
w(

e^-+

) / w(

e^- +

_e +

) < 10^-4.

Из закона сохранения лептонных чисел следует, что нейтрино являются стабильными частицами, т.к.

_eявляется самой легкой частицей, имеющей L_e= +1. Аналогично

_e является самой легкой частицей, имеющей L_e= -1. Из таких же рассуждений следует стабильность

. Стабильность электрона и позитрона следует из закона сохранения электрического заряда. Электрон является стабильной частицей, т.к. это самая легкая частица, имеющая отрицательный электрический заряд -e. Аналогичные рассуждения справедливы для позитрона.
В таблице суммированы основные характеристики лептонов.

Характеристики лептонов
Лептон	Электрический заряд, e	Спин,	Масса	Время жизни
e^-	-1	1/2	0.511 МэВ	стабильн.
^-	-1	1/2	105.66 МэВ	2.2·10^-6 с
^-	-1	1/2	1777 МэВ	2.9·10^-13 с
_e	0	1/2	<10-15 эВ	/m(_e)>300 c/эВ
	0	1/2	<0.17 МэВ	/m()>15.4 c/эВ
	0	1/2	<24 МэВ

Из данных, приведенных в таблице, видно, что для масс нейтрино получены только ограничения сверху. В стандартной модели считается, что массы нейтрино равны 0 и нейтрино являются стабильными частицами. Это утверждение не противоречит имеющимся на сегодня экспериментальным данным. Однако насколько правильны эти утверждения можно будет понять лишь в результате будущих экспериментов. Некоторые указания на отличие массы нейтрино от нуля видимо следуют из данных по измерению потоков солнечных нейтрино. Если для регистрации солнечных нейтрино использовать реакции, которые происходят только под воздействием электронных нейтрино, то измеренные потоки солнечных нейтрино оказываются заметно меньшими, чем дают предсказания стандартной модели Солнца. Использование для регистрации нейтрино реакции, которая происходит под воздействием всех типов нейтрино дало оценки потока солнечных нейтрино, которые находятся в хорошем согласии со стандартной моделью Солнца (см. Похоже у нейтрино все же есть масса.). Напрашивающаяся интерпретация этих результатов состоит в том, что солнечные нейтрино

_e имеют отличную от нуля массу и могут превращаться в нейтрино других типов (поколений).