粒子衰變

粒子變成其他粒子的自發過程

粒子衰變是一基本粒子變成其他基本粒子的自發過程。在這個過程中,一基本粒子變成質量更輕的另一種基本粒子,及一中間粒子,例如μ子衰變中的W玻色子。這中間粒子隨即變成其他粒子。如果生成的粒子不穩定,那麼衰變過程還會繼續。粒子衰變這種過程,與放射性衰變不一樣,後者為一不穩定的原子核,變成一更小的原子核,當中還伴隨著粒子或射線的發射。

粒子壽命列表


所有數值均來自粒子數據小組:
種類名稱符號能量 (MeV)平均壽命
輕子電子 / 正電子0.511
μ子 / 反μ子105.6
τ子 / 反τ子1777
介子中性π介子135
帶電π介子139.6
重子質子 / 反質子938.2> 1029年
中子 / 反中子939.6885.7 秒
玻色子W玻色子804,00010 − 25 秒
W玻色子9100010 − 25 秒

生還概率


把一個粒子的平均壽命標記為τ,這樣粒子在時間 后仍生還(即未衰變)的概率為
其中 為該粒子的洛倫茲因子

衰變率


設一粒子質量為M,則衰變率可用下面的通用公式表示 其中n為原衰變所生成的粒子數,m為連接始態與終態的不變矩陣上的元,dФn為相位空間的元,即為粒子i的四維動量。

四維動量


狹義相對論中,四維動量是將古典三維動量推廣到四維空間。動量是三維向量;類似地,四維動量是時空中的四向量。具有相對論能量E和三空間動量的粒子的逆向四維動量,其中v是粒子的三空間速度,γ是洛倫茲因子。
mv是粒子的平均非相對動量,m是其餘質量。四維動量在相對論計算中是有用的,因為它是洛倫茲矢量。這意味著很容易跟蹤在洛倫茲變換下如何變換。