费曼图与散射

布雷特-维格纳形状(the Breit-Wigner shape)

/ BRITE-VIG-ner /

当一个共振在「反应速率对能量」的图上表现为一个鼓包时,这个鼓包并不是随便什么团块——它有一个非常特定、可辨认的形状,像一口钟,中间又高又窄,向两侧逐渐收窄消失。这条特征曲线叫做布雷特-维格纳形状,以推导出它的两位物理学家命名。如果你曾见过一个调谐过的收音机电路的响应曲线,你其实已经见过它的同胞了;同一套数学描述着这两者。

这个形状完全由两个数刻画。第一个是峰所在的位置——中心能量,它等于产生这个共振的短寿命粒子的质能。第二个是峰在其高度一半处有多宽,叫做宽度,用Gamma表示;这个宽度与粒子的寿命直接挂钩,因为衰变得快的粒子能量模糊、弥散,从而给出一个宽阔的峰,而长寿命的粒子则给出一根细如刀锋的尖峰。于是,通过把测得的鼓包拟合到布雷特-维格纳公式,实验者就能从峰读出质量、从宽度读出寿命——而这个粒子他们或许从未直接看到过。

布雷特-维格纳形状是这个领域最实用的工具之一。几乎每一种短寿命粒子,从强子共振到Z和希格斯,都在恰当的图上以一个布雷特-维格纳鼓包宣告自己的存在,而拟合这一形状是测量质量和衰变宽度的标准做法。一个有用的提醒:真实的实验峰还会被探测器有限的分辨率抹宽,所以观测到的宽度是真实的布雷特-维格纳宽度被测量效应展宽后的结果,物理学家必须小心地把两者解卷开,才能得到真正的寿命。

Z玻色子的布雷特-维格纳峰宽约2.5 GeV。从曲线读出这个宽度,便给出Z的寿命大约是十的负二十五次方秒上下——短到根本看不到任何径迹,却能直接从鼓包的形状精确测出。

峰的位置给出质量;峰的宽度给出寿命。

观测到的峰宽,是真实的布雷特-维格纳宽度被探测器分辨率展宽后的结果;两者必须小心区分开,否则从原始图上读出的寿命会偏短。

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