萝莉社区 天地学对粒子物理的规则

轻子是组成天地的基本粒子，它在咱们领路粒子物理学和天地学中起着至关不毛的作用。在粒子物理的圭臬模子中，已知有六种轻子，它们分为三种带电轻子（电子、缪子和τ子）过甚对应的三种中微子。带电轻子尤其值得原谅萝莉社区，因为它们的质料不错被测量，它们与其他粒子的互相作用也已被深远商讨。关联词，对于是否存在更多、更重的轻子一直是表面算计和实践商讨的热门。

圭臬模子与轻子眷属

在粒子物理的圭臬模子中，轻子分为三代或三类：

第一代：电子(e^-)和电子中微子(ν_e)。

第二代：缪子(μ^-)和缪子中微子(ν_μ)。

第三代：τ子(τ^-)和τ子中微子(ν_τ)。

每一代轻子包括一个带电轻子（如电子、缪子或τ子）过甚对应的中微子。这些轻子的质料跟着代的加多而加多，其中电子最轻，缪子较重，τ子最重。另一方面，中微子的质料极小，畴昔曾被觉得是无质料的，直到最近的发现证据它们确乎具有很是小的质料。

圭臬模子见效地估量了这些粒子的行径，但其自己存在一些规则。举例，它无法诠释注解轻子质料的具体数值，也莫得机制来诠释注解中微子的质料。此外，天然圭臬模子包含了三代轻子，但从表面上讲，圭臬模子并未明确摒除存在更多代或类型的轻子。这为探索是否存在更重的轻子过甚在天地学中的影响提供了可能性。

天地学规则：早期天地

1977年steigman提倡，早期天地为教师杰出圭臬模子的粒子物理学提供了特有的实践场面，非常是通过对天地微波配景（CMB）、大爆炸核合成（BBN）的不雅测。这些不雅测窗口对可能存在的粒子种类，包括重型轻子，施加了严格的规则。

大爆炸核合成（BBN）

大爆炸核合成指的是在天地出身的率先几分钟内，轻元素（如氢、氦和锂）的生成。这些轻元素的丰采对其时存在的相对论粒子种类的数目极为敏锐，常常用“灵验中微子种类数” (N_eff)来示意。

在圭臬模子中，N_eff的估量值略高于3，这是由于中微子脱耦经由中的小修正所致。关联词，加多非凡的相对论粒子（如无质料或轻质料的重型轻子）会编削这个数值，从而影响估量的元素丰采。刻下的原始元素丰采不雅测效果与圭臬模子的估量值一致，标明任何非凡的轻子种类必须要么很是重（因此萝莉社区在大爆炸核合成时辰不是相对论性的），要么根蒂不存在。

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因此，大爆炸核合成对非凡的轻型轻子的存在施加了强有劲的规则。若是有非凡的轻子存在，它们必须具有鼓胀大的质料（大于几MeV），以便在大爆炸核合成时辰不显赫孝敬于相对论能量密度。

天地微波配景（CMB）

天地微波配景是大爆炸后留住的放射，提供了天地在38万年前的快照。CMB 是领路天地因素的不毛用具，因为这种放射的性质受到早期天地中相对论粒子种类数目的影响。

与BBN近似，CMB对N_eff很是敏锐，N_eff影响天地的延伸速率以及CMB中不雅测到的温度各向异性的珍重结构。刻下的CMB测量，非常是由普朗克卫星提供的数据，给出了一个很是精准的N_eff值，与圭臬模子的估量值 3.046 一致。这逐一致性标明，任何非凡的粒子种类（包括新的重型轻子）要么必须鼓胀早地脱耦，要么必须鼓胀重，甚至于在CMB造成时不显赫孝敬于相对论能量密度。

因此，CMB不雅测摒除了三代已知轻子除外的任何轻型或无质料的轻子存在。关联词，这些不雅测并莫得全王人摒除很是重的轻子的可能性，这些重子会在CMB造成之前很早就从热等离子体中脱耦，因此不会在CMB各向异性中留住可检测的钤记。