費曼圖與散射
費米黃金法則(Fermi's golden rule)
/ FAIR-mee /
假設你知道一個系統被多大力氣從一個狀態推向另一個狀態,而你想知道這種變化實際發生得有多快。有一個出奇簡單的配方把這兩者聯繫起來,它以物理學家恩里科·費米命名,叫費米黃金法則(不過狄拉克更早就寫下過它)。用大白話說:一個過程發生的速率,由兩樣東西相乘決定——底層交互作用有多強,以及系統可以落入的終態有多少。
更確切地說,速率正比於振幅模的平方,乘以可用終態的密度(即相空間)。第一個因子是動力學——交互作用本身的物理,也就是費曼圖所計算的東西。第二個因子純粹是在數「空間」——出射粒子有多少種方式去分配可用的能量與動量。即便交互作用很弱,只要有海量的終態可供落入,過程仍可以很快;而即便交互作用很強,若幾乎沒有空間,過程也可以很慢。黃金法則乾淨俐落地把這兩種影響分了開來。
這條法則是抽象振幅與你能真正測到的數字(比如衰變率或散射截面)之間的概念樞紐。每當物理學家把算出來的M變成一個預言的壽命或反應速率,幕後幹活的就是黃金法則(或它的相對論性表親)。正是它,使得同一個算出來的振幅,僅憑改變「什麼算作可用終態」,就能被重塑成許多不同的可觀測量。
一個能衰變成許多輕粒子的重粒子,往往比一個只能衰變成寥寥幾個粒子的重粒子衰變得更快,即便交互作用強度相近。這多出來的速度,完全來自黃金法則中的第二個因子:可用終態越多,意味著可供落入的相空間越大。
可落腳的空間越多,過程就越快。
黃金法則把速率拆成動力學(振幅)乘以運動學(相空間)。一個過程快或慢,本身並不能告訴你交互作用是否強——你必須把可用終態分離出來看。
又稱
另見