费曼图与散射

费米黄金法则(Fermi's golden rule)

/ FAIR-mee /

假设你知道一个系统被多大力气从一个状态推向另一个状态,而你想知道这种变化实际发生得有多快。有一个出奇简单的配方把这两者联系起来,它以物理学家恩里科·费米命名,叫费米黄金法则(不过狄拉克更早就写下过它)。用大白话说:一个过程发生的速率,由两样东西相乘决定——底层相互作用有多强,以及系统可以落入的终态有多少。

更确切地说,速率正比于振幅模的平方,乘以可用终态的密度(即相空间)。第一个因子是动力学——相互作用本身的物理,也就是费曼图所计算的东西。第二个因子纯粹是在数「空间」——出射粒子有多少种方式去分配可用的能量与动量。即便相互作用很弱,只要有海量的终态可供落入,过程仍可以很快;而即便相互作用很强,若几乎没有空间,过程也可以很慢。黄金法则干净利落地把这两种影响分了开来。

这条法则是抽象振幅与你能真正测到的数字(比如衰变率或散射截面)之间的概念枢纽。每当物理学家把算出来的M变成一个预言的寿命或反应速率,幕后干活的就是黄金法则(或它的相对论性表亲)。正是它,使得同一个算出来的振幅,仅凭改变「什么算作可用终态」,就能被重塑成许多不同的可观测量。

一个能衰变成许多轻粒子的重粒子,往往比一个只能衰变成寥寥几个粒子的重粒子衰变得更快,即便相互作用强度相近。这多出来的速度,完全来自黄金法则中的第二个因子:可用终态越多,意味着可供落入的相空间越大。

可落脚的空间越多,过程就越快。

黄金法则把速率拆成动力学(振幅)乘以运动学(相空间)。一个过程快或慢,本身并不能告诉你相互作用是否强——你必须把可用终态分离出来看。

又称
the golden ruletransition rate formula黄金定则黃金定則