Decaimiento de partículas, La probabilidad de supervivencia y la duración de partículas, Tasa de descomposición, Descomposición de dos cuerpos, Decaimiento 3 cuerpos, Complejo masa y velocidad de desintegración

Decaimiento de partículas es el proceso espontáneo de una partícula elemental se transforma en otras partículas elementales. Durante este proceso, una partícula elemental se convierte en una partícula diferente con menos masa y una partícula intermedia tales como W Higgs en muón caries. La partícula intermedia luego se transforma en otras partículas. Si las partículas creadas no son estables, el proceso de descomposición puede continuar.

Decaimiento de partículas también se usa para referirse a la decadencia de los hadrones. Sin embargo, el término no se utiliza normalmente para describir la desintegración radiactiva, en la que un núcleo atómico inestable se transforma en un núcleo más ligero acompañado de la emisión de partículas o de radiación, aunque los dos son conceptualmente similares.

Tenga en cuenta que este artículo utiliza unidades naturales, donde

La probabilidad de supervivencia y la duración de partículas

Decaimiento de partículas es un proceso de Poisson, y por lo tanto la probabilidad de que una partícula sobrevive durante el tiempo t antes de decaer viene dada por una distribución exponencial cuya constante de tiempo depende de la velocidad de la partícula:

 donde es el tiempo de vida media de la partícula, y es el factor de Lorentz de la partícula.

Tabla de tiempos de vida de partículas elementales

Todos los datos son del Particle Data Group.

Tasa de descomposición

La vida útil de una partícula viene dado por la inversa de su velocidad de decaimiento,, la probabilidad por unidad de tiempo que la partícula se desintegra. Para una partícula de una masa M y cuatro impulso P, la tasa de atenuación diferencial está dada por la fórmula general

 donde n es el número de partículas creadas por la descomposición de la original, S es un factor combinatoria para dar cuenta de los estados finales indistinguibles, es el elemento de matriz invariante o amplitud que conecta el estado inicial al estado final, es un elemento del espacio de fases , y es el de cuatro impulso de la partícula i.

El factor S está dado por

 donde m es el número de conjuntos de partículas indistinguibles en el estado final, y es el número de partículas de tipo j, de manera que.

El espacio de fase puede determinarse a partir

 donde es una función delta de Dirac cuatro dimensiones, es el impulso de la partícula i, y es la energía de la partícula i.

Uno puede integrar sobre el espacio de fases para obtener la tasa de atenuación total para el estado final especificado.

Si una partícula tiene múltiples ramas de desintegración o modos con diferentes estados finales, su tasa de descomposición completa se obtiene mediante la suma de las tasas de descomposición para todas las ramas. La relación de derivación para cada modo está dada por su velocidad de decaimiento dividido por la velocidad de desintegración completa.

Descomposición de dos cuerpos

Tasa de descomposición

Diga una partícula matriz de masa M se desintegra en dos partículas, denominadas 1 y 2. En el sistema en reposo de la partícula padres,

que se obtiene al exigir que los cuatro impulso se conserva en el decaimiento, es decir,

También, en coordenadas esféricas,

Uso de la función delta de realizar los e integrales en el espacio de fase de un estado final de dos cuerpos, uno encuentra que la tasa de disminución en el sistema en reposo de la partícula de los padres es

A partir de dos marcos de diferentes

El ángulo de una partícula emitida en el marco del laboratorio se relaciona con el ángulo que ha emitido en el centro del marco de impulso por la ecuación

Decaimiento 3 cuerpos

El elemento de espacio de fase de una partícula en descomposición en tres es

Complejo masa y velocidad de desintegración

 Más información: Resonancia # Resonancias de la mecánica cuántica