粒子壽命

粒子壽命（particle lifetime）是指粒子產生後到衰變時為止平均存在的時間。簡稱為壽命，又稱平均壽命。粒子運動速度很快甚至接近光速 時，由於相對論性的效應，其平均壽命將比粒子靜止時的長，表現為同一種粒子的平均壽命隨速度的增加而增加。粒子物理學中提到粒子的平均壽命都是指在該種粒子靜止時所觀測到的平均壽命。至於粒子運動時的平均壽命，則根據相對論的公式進行推算。

基本介紹

• 中文名：粒子壽命
• 外文名：particle lifetime
• 特徵：粒子產生到衰變為止存在的時間

概念說明

現在已知的可衰變的基本粒子，其平均壽命分布在很大的範圍內。中子的平均壽命最長，為885.7±0.8秒，其他粒子的平均壽命都短於10^－5秒，最短的約為10^－25秒。粒子物理學中稱為穩定粒子（見衰變）的基本粒子，現已測定的平均壽命除W粒子和Z粒子外都大於10^－20秒。粒子物理學中稱為不穩定粒子的基本粒子，現已測定的平均壽命都小於10^－20秒。

理論詮釋

考慮到粒子的質量m總是隨粒子的運動速度而改變，粒子物理學中提到質量都是指粒子在靜止時所表現的質量。微觀現象的普遍規律決定了只有完全穩定的粒子其質量才具有完全確定的值，可衰變的粒子的質量分布在某一確定值附近的一定範圍內。這種分布可用該種粒子的質量分布P(m)圖表示出來。粒子的質量分布圖中有一個最大值。這個最大值所對應的質量M就是通常所說該種粒子的質量。最大值兩邊曲線降到最大值一半處的兩點之間的質量差用Г代表。Г反映了由於粒子是可衰變的而引起的粒子質量分布的範圍，Г稱為衰變寬度。Г=h/τc²（等於平均壽命τ的倒數乘普朗克常數h再除以光速c²）。換言之，自然單位制中衰變寬度等於平均壽命的倒數，它直接反映粒子穩定的程度。

測量和判定

實驗中直接測量的通常是平均壽命或衰變寬度。對於絕大多數粒子，平均壽命很短而衰變寬度大，所以實驗上通常是直接測量衰變寬度。只有平均壽命很長的粒子，如平均壽命約為10^－8秒，才能直接測量它的平均壽命。

現已發現的可衰變的基本粒子中除極少數外一般都具有不止一種衰變方式，但一種粒子只有一個確定的衰變寬度和一個與之相對應的平均壽命。基本粒子的這個基本屬性可作為在實驗上辨認和區別基本粒子的重要依據。如早期關於K介子的研究中發現衰變到兩個π介子的粒子和衰變到三個π介子的粒子具有相同的質量和平均壽命，後來就據此判斷它們是同一種粒子（K介子）的不同衰變方式。這個判斷對發現宇稱不守恆是起了作用的。又如在以後研究中性K介子的衰變過程中，發現中性K介子衰變時其平均壽命呈現出兩個值，這兩個值相差500餘倍。從這個現象判定，有兩種衰變行為完全不同的中性K介子存在。