轻子（lepton）是标准模型中 自旋 为二分之一的 费米子 ，质量极小，其本质特点是不参与 强相互作用 。常见的轻子有两类：带电轻子（也称为类 电子 轻子或μ子），包括电子、μ子和τ子。 中性轻子，即中微子。带电轻子可以与其他粒子结合形成各种 复合粒子 ，例如 原子 和 正电子 素，而中微子很少与任何东西相互作用，因此很少被观察到。
1897年， 约瑟夫·汤姆逊 （Thomson）发现了电子，电子是最轻的带电轻子。 下一个被观测到的轻子是μ子，由卡尔·D·安德森（Anderson）在1936年发现，当时被归类为 介子 。经过研究，人们发现μ子并不具备预期的介子属性，而表现得像一个 电子 ，只是质量更大，后改称为μ子。 1930年， 沃尔夫冈·泡利 （Pauli）提出中微子的概念，以解释β衰变的某些特性。之后中微子于1956年由 弗雷德里克·莱因斯 （Frederick Reines）和考恩（Clyde Lorrain Cowan）在实验中首次被观测到。1962年， 施瓦茨 （Melvin Schwartz）和斯坦伯格（Jack Steinberger）发现中微子有味道的属性。τ子在1975年左右由 马丁·佩尔 （Martin Lewis Perl）等人在美国SLAC实验室的SPEAR正负电子对撞机上发现。τ子中微子直到2000年7月才被发现，当时费米实验室宣布了它的发现。
轻子可以分为三代，第一代轻子是 电子 和中微子，第二代是μ子和μ子中微子，第三代是τ子和τ子中微子，以及它们所对应的 反粒子 。 带电轻子与对应的反轻子唯一不同之处是带有电荷的正负号相反。 轻子具有很多内秉性质，会感受到其它三种基础力： 引力 、弱作用力、电磁力，且 轻子数 守恒。 但是，由于中微子呈中性，所以不会感受到电磁力。 在标准模型里，轻子扮演重要角色， 电子 是 原子 的成分之一，与 质子 、 中子 共同组成原子。
词源
“lepton”源自 希腊语 “leptos”，意思是小的，轻微的，纤细的，精致的。 莱昂·罗森菲尔德（Léon Rosenfeld）于1948年最先为英文术语“lepton”命名。 该命名假设轻子质量都很小，因为当时学术界只知道有电子与μ子两种轻子，它们的质量确实很少，电子的质量为0.511MeV，μ子的质量为105.7MeV，比质子的质量轻很多。但是到1970年代，人们又发现了τ子，它的质量是1777MeV，几乎是质子的两倍。
简史
1897年，剑桥 剑桥大学 卡文迪许实验室的 约瑟夫·汤姆逊 （Thomson）发现了 电子 ，同样，第一个受人控制的粒子束也是由电子构成，电子是最轻的带电轻子。
1930年， 沃尔夫冈·泡利 （Pauli）为了解释β衰变使 质子 和 中子 相互转变中的能量和 动量 失踪的现象，根据 守恒定律 预言 ：应该存在着一种还不知道的极其微小的中性粒子带走了β衰变中那一部分能量和动量，当时泡利将这种粒子命名为“中子”。 1932年，真正的中子被发现，美籍 意大利 科学家 恩里科·费米 （Enrica Fermi）将泡利的“中子”正名为“中微子”（Neutrino）。
1936年，安德森（Anderson）等人在宇宙线中发现 子，起初他们以为是汤川在理论上预言的传播 强相互作用 的 介子 ，所以当时称为 介子。但后来实验发现其不参与强相互作用，不具备预期的介子属性，而是表现得像一个 电子 ，只是质量更大，比重子重，所以改称为 子，属第二代轻子。
1942年，中国科学家 王淦昌 提出了一种利用轨道 电子 俘获检测中微子的可行方案（K俘获法）。美国科学家 雷蒙德·戴维斯 （Raymond Davis Jr ）应用王淦昌提出的K俘获法，间接观测到了中微子的存在。
1956年，美国科学家 弗雷德里克·莱因斯 （Frederick Reines）和考恩（Clyde Lorrain Cowan）用 核反应堆 发出的 反中微子 与 质子 碰撞，第一次直接证实了中微子的存在，并因此获得 诺贝尔物理学奖 。 1962年，美国科学家 莱德曼 （LeonM）、舒瓦茨（Melvin Schwartz，1932- ）发现中微子有“味道”的属性。
1975年，科学家 马丁·佩尔 （Martin Lewis Perl）美国科学家佩尔等人在美国SLAC实验室的SPEAR正负电子对撞机上发现了一个比 质子 重两倍，比电子重3500倍的新粒子，其特性类似于电子和 子。经过反复检验，证明是在 电子 和 子之外的又一种轻子（第五种轻子），以希腊字母 表示。 因为 轻子比第一个被发现的轻子——电子重很多，也称它为重轻子。
1982年，美国费米实验室科学家用实验支持了 子中微子存在的假设。2000年7月21日，费米国家实验室宣布 中微子（第六种轻子）存在的 直接证据 。
分类
除重子以外， 自旋 为1/2的 费米子 统称为轻子。轻子包括电子、 子和中微子等，它们主要参与弱相互作用和电磁相互作用。中微子可能是以 光速 运动的、静止质量为0的中性粒子，它们分为两种 和 ，分别对应于 电子 和 子。电子和 子都带有一个负电荷，且都具有一定的质量，所以又被称为重轻子。
三代
轻子可以分为三代，第一代是轻子是电子和中微子，以及它们所对应的 反粒子 。第二代轻子是 子和 子中微子，以及它们所对应的反粒子，第三代轻子是 子和 子中微子，以及它们所对应的反粒子。因为轻子家族中共有12个轻子。
两族
轻子有两族，一族由电子、 正电子 、 、中微子和 反中微子 组成。另一族由正、负 介子 ， 中微子和 反中微子组成。
相关概念
μ子
子与 电子 有许多相似之处，但质量却有很大区别，其质量介于电子和介子之间，约为电子质量的207倍。另外，电子是稳定的， 子是不稳定的，其寿命约为2×10 -6 秒，其 衰变 方式为： 。 子有 、 两种，所带电荷与 、 相同，它也是 自旋 为h\2的 费米子 。 还可以取代 原子 中的 形成 原子。
中微子
中微子自旋为h\2，不带电、质量为0，确切的说是在目前现有实验手段下测出其质量几乎为零，只参与弱相互作用。 由于中微子不带电，所以不会受到电磁力的影响，也不会引起物质 电离 。此外，它们仅通过非常弱的中微子相互作用与物质发生反应， 且以接近 光速 运动，具有极强的 穿透力 ，可以穿越 地球 直径那么厚的物质，在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此中微子的检测非常困难。实际上，大多数粒子物理和 核物理 过程都伴随着中微子的产生，例如 核反应堆 发电（核裂变）、 太阳 发光（ 核聚变 ）、天然放射性（贝塔 衰变 ）、 超新星 爆发、宇宙射线等等。 宇宙 中充斥着大量的中微子，大部分为宇宙大爆炸的残留，大约为每立方厘米300个。
轻子与夸克
在标准模型中，轻子与夸克是物质的基本组成单元，它们之间存在着四种 基本相互作用 。轻子和夸克之间存在某种对称性，按其质量和性质分为三代，每一代都有一个电荷为 的夸克和一个电荷为 的夸克、一个中微子和一个带电轻子。每一代总电荷量 相等 ，都为零。每一代都重复着前一代的主要 物理性质 。第一代的轻子和夸克组成了物理世界。第二代和第三代的轻子和夸克组成了在高能条件下出现的物质状态。
特性
自旋与手性
轻子是自旋 1 ⁄ 2 粒子，只能处于两种自旋态：上旋或下旋。 自旋统计定理 将它们按照自旋归类为 费米子 ，遵守 泡利不相容原理 ，因此任何两个全同的轻子不能同时占有相同的 量子态 。
手征性 与螺旋性是与自旋紧密相关的两种性质，螺旋性跟粒子的自旋与 动量 之间的相对方向有关；假若是同向，则粒子具有右手螺旋性，否则粒子具有左手螺旋性。对于不带质量的粒子，其相对方向与参考系无关，可是，对于带质量粒子，由于可以借着 洛伦兹变换 来改换参考系，所以从不同的参考系观察，粒子动量不同，因此翻改螺旋性，可以从右手螺旋性翻改为左手螺旋性，或从左手螺旋性翻改为右手螺旋性。手征性是通过 庞加莱群 （Poincaré 基团 ）的变换来定义的性质。对于不带质量粒子， 手征性 与螺旋性一致；对于带质量粒子，手征性与螺旋性有别。
在很多量子场论里，例如量子电动力学与量子色动力学，并没有对左手与右手费米子作任何区分。可是，在标准模型的弱相互作用理论里，按照手征性区分的左手与右手费米子被非对称地处理，只有左手费米子参与弱相互作用，右手中微子不存在。这是宇称违反的典型例子。
电磁相互作用
轻子的电荷 决定了它所产生的 电磁场 ，也决定了它怎样响应外电磁场。轻子的每个世代的组员都有一个带电轻子（ ），中性轻子（ ）。例如，第一代轻子为 电子 和电中微子，使用 量子场论 的语言，带电轻子所涉及的电磁相互作用表达为这轻子与电磁场的量子（ 光子 ）彼此之间的相互作用。由于轻子具有 自旋 ，带电轻子会产生 磁场 ，磁偶极矩 ，其中 是轻子的质量， 是轻子的 因数 。
一阶近似 量子力学 预测，对于所有轻子， 因数为2； 费曼图 里的 虚粒子 圈可以对高阶量子效应给出修正，这些修正，称为反常磁偶极矩（anomalous magnetic dipole moment），对于 量子场论 模型的细节非常敏感，因此是准确检验标准模型的好机会。对于电子测量其反常磁偶极矩所得到的实验数值符合理论结果至8个 有效数字 。
弱相互作用
在标准模型里，轻子可以按照 手征性 分为左手轻子与右手轻子；左手轻子的 弱同位旋 T为二分之一，左手带电轻子与左手中微子的弱同位旋投影（弱同位旋的第三分量）T 3 分别为负二分之一、正二分之一。弱相互作用是由它们组成二重态共同实现，右手带电轻子的弱同位旋T为0，形成单态，不参与弱相互作用；右手中微子并不存在。
希格斯机制 是借助 希格斯场 使粒子获得质量的机制。希格斯场是 标量 场，在群空间可以有多个分量。它将弱同位旋SU（2）与弱超荷U（1）对称的四个规范场，重新组合成传递弱相对作用的三个带质量 玻色子 与传递电磁相对作用的不带质量玻色子（ 光子 ）。通过盖尔曼-西岛方程，可以从弱同位旋投影T 3 与弱超荷Y W 计算出电荷Q：
为了符合观察到的任何粒子所带有的电荷，所有左手 弱同位旋 二重态的弱超荷 Y （W）必须为-1，而右手弱同位旋单态的弱超荷 Y （W）必须为-2。
质量
中微子是自然界中迄今已知最“轻盈”的 基本粒子 ，但其质量一直是个未解之谜。在标准模型中它们的质量为零，1998年 日本 超级神冈实验（Super-K）发现大气中微子存在振荡现象，即中微子在飞行中可以变成其他种类的中微子，形成了 中微子振荡 的坚实证据。中微子振荡说明中微子有质量，只不过它非常非常小，还不到单个电子质量的50万分之一，以至于 现有技术 还不能直接测出来。
带电轻子的质量差别很大，除了中微子外， 电子 是最轻的带电轻子，质量约为0.511MeV，大约是 质子 质量的二千分之一。 子的质量为106MeV，大约是电子质量的200倍，而 子的质量甚至更高，达1784MeV。
轻子数
在轻子参与的所有弱相互作用和电磁相互作用过程中，发现存在一个守恒的 量子数 ，称为轻子数。电子e⁻、μ⁻和τ⁻粒子的轻子数为+1，相应的反粒子的轻子数为-1。对所有的反应过程，轻子数在反应前后不变，但与电荷守恒不同，轻子数守恒只是实验中总结出来的经验规律，不是已知的相互作用的必然结果，而电荷守恒却是以电磁相互作用为基础的。
轻子家族的粒子有六种味，它们具有以下两个重要性质：
（1）轻子不参与强力的相互作用，只受电磁力和弱力的影响；
（2） 轻子数 守恒，即轻子只能以粒子-反粒子成对地产生或 湮灭 ，总的轻子数（轻子数目减去反轻子数目）在已知的一切物理过程中保持不变。
已知的六种味的轻子成对出现，每一对包括一种荷电轻子和一种被称为中微子的中性轻子。
普适性
轻子普适性是指轻子与规范波色子的 耦合 与其味道无关。轻子和规范 玻色子 之间的相互作用对于每个轻子来说都是相同的。换句话说，对于 电子 与电中微子之间的相互作用、μ子与μ中微子之间的相互作用、τ子与τ中微子之间的相互作用，假若将质量差别纳入考量，则这三种相互作用的效应 相等 。
轻子表
应用
粒子物理和核物理
在粒子物理中， 子主要用于寻找稀有 衰变 。另外，由于强流 子束流衰变产生大量的中微子，因此利用 子产生中微子建立中微子工厂也非常有吸引力。在核物理领域， 子目前主要用于测量 质子 半径，或者利用缪子 原子 测量原子 精细结构 。
通信
中微子呈电中性、微质量、稳定好、弱作用、 穿透力 强、 光速 传输等独特性质，所以其波束是可以替代 电磁波 通信，成为传输信息的一种更具优越的无线通信方式，并且传输极远，不受障碍的限制，不怕外界干扰，保密性极好，无辐射和污染，尤其在水下对潜通信及对空对天通信中有着无可比拟的优势。