費曼圖與散射

布雷特-維格納形狀(the Breit-Wigner shape)

/ BRITE-VIG-ner /

當一個共振在「反應速率對能量」的圖上表現為一個鼓包時,這個鼓包並不是隨便什麼團塊——它有一個非常特定、可辨認的形狀,像一口鐘,中間又高又窄,向兩側逐漸收窄消失。這條特徵曲線叫做布雷特-維格納形狀,以推導出它的兩位物理學家命名。如果你曾見過一個調諧過的收音機電路的響應曲線,你其實已經見過它的同胞了;同一套數學描述著這兩者。

這個形狀完全由兩個數刻畫。第一個是峰所在的位置——中心能量,它等於產生這個共振的短壽命粒子的質能。第二個是峰在其高度一半處有多寬,叫做寬度,用Gamma表示;這個寬度與粒子的壽命直接掛鉤,因為衰變得快的粒子能量模糊、彌散,從而給出一個寬闊的峰,而長壽命的粒子則給出一根細如刀鋒的尖峰。於是,通過把測得的鼓包擬合到布雷特-維格納公式,實驗者就能從峰讀出質量、從寬度讀出壽命——而這個粒子他們或許從未直接看到過。

布雷特-維格納形狀是這個領域最實用的工具之一。幾乎每一種短壽命粒子,從強子共振到Z和希格斯,都在恰當的圖上以一個布雷特-維格納鼓包宣告自己的存在,而擬合這一形狀是測量質量和衰變寬度的標準做法。一個有用的提醒:真實的實驗峰還會被探測器有限的分辨率抹寬,所以觀測到的寬度是真實的布雷特-維格納寬度被測量效應展寬後的結果,物理學家必須小心地把兩者解捲開,才能得到真正的壽命。

Z玻色子的布雷特-維格納峰寬約2.5 GeV。從曲線讀出這個寬度,便給出Z的壽命大約是十的負二十五次方秒上下——短到根本看不到任何徑跡,卻能直接從鼓包的形狀精確測出。

峰的位置給出質量;峰的寬度給出壽命。

觀測到的峰寬,是真實的布雷特-維格納寬度被探測器分辨率展寬後的結果;兩者必須小心區分開,否則從原始圖上讀出的壽命會偏短。

又稱
Breit-Wigner resonanceLorentzian peak布雷特-维格纳分布布雷特-維格納分布