費曼圖與散射
由振幅得出衰變率(decay rate from amplitudes)
許多粒子是不穩定的:它們只存在一瞬,便變成更輕的粒子,就像劃著的火柴一閃即滅。如果你問「這個粒子能活多久?」,你其實是在問它的衰變率——單位時間內它發生轉變的機率。衰變率快意味著壽命短;衰變率慢意味著粒子逗留得久。兩者互為倒數:平均壽命就是1除以衰變率。
衰變率從何而來?你先用費曼圖算出該粒子變成某一組產物的振幅,再套用黃金法則的機制:把振幅平方,並折入衰變產物的相空間。把粒子所有可能的衰變方式都加起來,就得到總衰變率,常稱為總寬度(total width),用希臘字母Gamma表示。如果一個粒子有幾條可能的衰變路徑,每條都貢獻自己的分寬度(partial width),而走每條路徑的比例就是它的分支比(branching ratio)。
這個聯繫是這個領域最有用的關係之一:一個測得的壽命,是窺探底層交互作用的一扇直接的窗。中子通過孱弱的弱交互作用衰變,能活大約十五分鐘;通過強交互作用衰變的粒子,則在不到十的負二十幾次方秒內消失。通過測量壽命,實驗者實際上是在測量一個振幅的大小;而通過預言壽命,理論家則在檢驗自己對「是哪些力在起作用」的理解。壽命與寬度是同一物理的兩個名字,由不確定性原理聯繫在一起。
緲子在通過弱交互作用衰變成一個電子和兩個微中子之前,約能活2.2百萬分之一秒。算出那次衰變所依賴的弱交互作用的振幅並套用黃金法則,便能重現測得的壽命,而這種吻合是對弱交互作用最乾淨的檢驗之一。
從一個弱頂點,到緲子被測出的壽命。
壽命與衰變寬度是由不確定性原理聯繫起來的倒數關係:短壽命的粒子有很大的寬度,因而質量模糊、彌散;長壽命的粒子則有清晰確定的質量。
又稱
另見