Стабильные элементарные частицы — элементарные частицы, имеющие бесконечно большое время жизни в свободном состоянии. Стабильными элементарными частицами являются частицы, имеющие минимальные массы при заданных значениях всех сохраняющихся зарядов (электрический, барионный, лептонный заряды) (протон, электрон, фотон, нейтрино, гравитон и их античастицы)[1]. Есть гипотеза о нестабильности протона и антипротона — распад протона.
Все остальные элементарные частицы нестабильны, то есть самопроизвольно распадаются на другие частицы в свободном состоянии. Экспериментально установлено, что вероятность распада нестабильной элементарной частицы не зависит от продолжительности её существования и времени наблюдения за ней. Предсказать момент распада данной элементарной частицы невозможно. Можно предсказать лишь среднее время жизни большого числа частиц одного вида[2]. Вероятность того, что частица распадется в течение ближайшего короткого промежутка времени равна и зависит лишь от постоянной и не зависит от предыстории. Этот факт является одним из подтверждений принципа тождественности элементарных частиц[3]. Получаем уравнение для зависимости числа частиц от времени: , . Решение этого уравнения имеет вид[4][2]: , где - число частиц в начальный момент[5][3]. Таким образом, время жизни нестабильной элементарной частицы является случайной величиной с экспоненциальным законом распределения.
Например, нейтрон распадается по схеме: , заряженный пи-мезон распадается на мюон и нейтрино: и т.д.
Многие элементарные частицы распадаются несколькими способами. Например, лямбда-гиперон c относительной вероятностью распадается на протон и отрицательный пи-мезон и с вероятностью - на нейтрон и нейтральный пи-мезон .
Явление распада элементарной частицы не означает, что она состоит из частиц, образующихся после её распада. Распад элементарной частицы не является процессом её механического деления на части, а представляет собой процесс исчезновения одних частиц и рождения других, свидетельствующий о сложности элементарных частиц, о неисчерпаемости их свойств, о немеханическом характере их поведения[6].
Нестабильность частиц является одним из проявлений свойства взаимопревращаемости частиц, являющегося следствием их взаимодействий: сильного, электромагнитного, слабого, гравитационного. Распад нестабильных элементарных частиц происходит вследствие их взаимодействия с нулевыми колебаниями того поля, которое ответственно за их распад. Взаимодействия частиц вызывают превращения частиц и их совокупностей в другие частицы, если такие превращения не запрещены законами сохранения энергии, импульса, момента количества движения, электрического заряда, барионного заряда и др.
С точки зрения диалектического материализма, превращения элементарных частиц друг в друга являются одной из форм движения материи и свидетельствует о сложности их свойств, неисчерпаемости материи и подтверждают тезис о неуничтожимости и несотворимости материи и движения[6].
Важной характеристикой элементарных частиц, наряду с массой, спином, электрическим зарядом является её время жизни. Временем жизни называется постоянная в законе экспоненциального распада: [2]. Например, время жизни нейтрона сек, время жизни заряженного пи-мезона сек. Время жизни нестабильных частиц зависит от вида взаимодействия, вызывающего их распад[7]. Наибольшие времена жизни имеют элементарные частицы, чей распад вызван слабым взаимодействием (нейтрон - сек, мюон - сек, заряженный пион - сек, гиперон - сек, каон - сек). Меньшие времена жизни имеют элементарные частицы, чей распад вызван электромагнитным взаимодействием (нейтральный пион - сек, эта-мезон - сек). Наименьшие времена жизни имеют резонансы - сек.
Для короткоживущих частиц (резонансов) вместо времени жизни используется ширина, обладающая размерностью энергии: . Это следует из соотношения неопределённостей между энергией и временем . Например, масса нуклонной изобары равна 1236 Мэв, а её ширина - 120 Мэв ( с), что составляет около 10% от массы[8].
Вероятность распада характеризует интенсивность распада нестабильных частиц и равна доле частиц некоторого ансамбля, распадающейся в единицу времени: , где - время жизни элементарной частицы[9].
Многие элементарные частицы имеют несколько способов распада. В этом случае общая вероятность распада частицы за некоторое время равна сумме вероятностей распада по различным способам: , где - число способов распада, - время жизни. Относительная вероятность распада по -му способу равна: . Независимо от числа типов её распада, элементарная частица всегда имеет только одно время жизни [10].
Время жизни элементарной частицы и её период полураспада связаны соотношением: [11].
Время жизни достаточно долго живущих (до сек) элементарных частиц измеряется непосредственно, по её скорости и расстоянию, которое она пролетает до распада. Для частиц с очень малыми временами жизни время жизни измеряют, определяя вероятность распада по зависимости сечения процесса от энергии (формула Брейта — Вигнера)[9].
Переходы из состояния одной частицы в состояние другой частицы без испускания других свободных частиц называются осцилляциями[12]. Примером осцилляции являются превращения нейтральных каонов из частицы в античастицу и обратно [13].
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .