费曼图与散射
由振幅得出衰变率(decay rate from amplitudes)
许多粒子是不稳定的:它们只存在一瞬,便变成更轻的粒子,就像划着的火柴一闪即灭。如果你问「这个粒子能活多久?」,你其实是在问它的衰变率——单位时间内它发生转变的概率。衰变率快意味着寿命短;衰变率慢意味着粒子逗留得久。两者互为倒数:平均寿命就是1除以衰变率。
衰变率从何而来?你先用费曼图算出该粒子变成某一组产物的振幅,再套用黄金法则的机制:把振幅平方,并折入衰变产物的相空间。把粒子所有可能的衰变方式都加起来,就得到总衰变率,常称为总宽度(total width),用希腊字母Gamma表示。如果一个粒子有几条可能的衰变路径,每条都贡献自己的分宽度(partial width),而走每条路径的比例就是它的分支比(branching ratio)。
这个联系是这个领域最有用的关系之一:一个测得的寿命,是窥探底层相互作用的一扇直接的窗。中子通过孱弱的弱相互作用衰变,能活大约十五分钟;通过强相互作用衰变的粒子,则在不到十的负二十几次方秒内消失。通过测量寿命,实验者实际上是在测量一个振幅的大小;而通过预言寿命,理论家则在检验自己对「是哪些力在起作用」的理解。寿命与宽度是同一物理的两个名字,由不确定性原理联系在一起。
缪子在通过弱相互作用衰变成一个电子和两个中微子之前,约能活2.2百万分之一秒。算出那次衰变所依赖的弱相互作用的振幅并套用黄金法则,便能重现测得的寿命,而这种吻合是对弱相互作用最干净的检验之一。
从一个弱顶点,到缪子被测出的寿命。
寿命与衰变宽度是由不确定性原理联系起来的倒数关系:短寿命的粒子有很大的宽度,因而质量模糊、弥散;长寿命的粒子则有清晰确定的质量。
又称
另见