ВРЕМЯ ЖИЗНИ

Время жизни - ВРЕМЯ ЖИЗНИ частиц. Большинство элементарных частиц неустойчивы, т. е. самопроизвольно (спонтанно) распадаются на более лёгкие частицы. Распад происходит по экспоненциальному закону N (t) = N0 e -t/t, где N (t) - число частиц в момент времени t, N0 - в начальный момент времени. По такому же закону происходит распад радиоактивных ядер. Постоянная t наз. В. ж. частиц. Это время, за к-рое число распадающихся частиц уменьшается в е = 2,718 раз (е - основание натуральных логарифмов). Время полураспада t1/2 (распада половины начального числа частиц) связано с В. ж. частиц соотношением t1/2 = tln2 0,693t. В экспоненциальном законе распада проявляется вероятностный характер законов микромира и квантовой механики. Переходы из состояния одной частицы в состояние др. частицы без испускания др. свободных частиц (напр., переходы ) наз. осцилляциями. Вероятность распада частицы данного сорта в ед. времени равна t-1 и не зависит от способа её получения и возраста. Так, напр., после распада 99% частиц за время 4,6 t оставшийся 1% частиц "не постарел" и имеет то же самое В. ж. т. Принцип неопределённости связывает В. ж. частиц с неопределённостью их энергии e, а следовательно, массы. Поэтому В. ж. самых короткоживущих частиц определяют по ширине распределения полной энергии продуктов распада. Само существование таких частиц устанавливают либо по энергетнч. распределениям продуктов распада с помощью инварианта , где ei и pi - энергии и импульсы частиц-продуктов распада, либо по распределениям недостающей массы в реакциях элементарных частиц (см. Масса покоя). В. ж. определяется природой сил, вызывающих распад, и зависит от величины энерговыделения в распаде. Чем слабее взаимодействие, вызывающее распад, тем больше В. ж. частицы. Так, мезоны и барионы (напр., r0-мезон, w0-мезон, адронные резонансы), распадающиеся за счёт процессов сильного взаимодействия, имеют аномально малое В. ж. ~10-22-10-23 с. В. ж. частиц, распадающихся за счёт эл.-магн. взаимодействия, ~10-16-10-20 с. Напр., В. ж. p0-мезона ~10-16 с, В. ж. частиц, распадающихся по слабому взаимодействию, ещё больше: В. ж. L-гиперона ~10-10 с, p-мезона ~10-8 с, мюона ~2.10-6 с, а нейтрона ~103 с. В совр. единых теориях элементарных частиц предсказывается сверх-сверхслабое взаимодействие, вызывающее распад протона, так что В. ж. протона оказывается >1031 лет. В. ж. частиц и античастиц в вакууме строго равны. В. ж. частиц в среде зависит также от скорости их захвата, а В. ж. античастиц - от скорости их аннигиляции. Так, позитроны в вакууме - абсолютно стабильны, а их В. ж. в веществе при концентрации электронов nе определяется сечением реакции s и относит. скоростью частиц v: t = (nеsv)-1, где sv - скорость аннигиляции позитронов и электронов. При движении частицы со скоростью, приближающейся к скорости света, В. ж. частицы в системе покоя наблюдателя увеличивается в Г = (1 - v2/c2)-1/2 раз. Это явление с большой точностью подтверждено в опытах на ускорителях и в космических лучах. Так, напр., мюоны с В. ж. в покое 2.10-6 с при энергии 1014 эВ (Г ~106) способны пройти, практически не распадаясь, путь 6.1010 см (за В. ж. 2.10-6.Г 2 с). По этой же причине фотон (скорость равна с) стабилен (не распадается). Данные о В. ж. частиц имеют важное значение при анализе процессов в космосе, в частности при анализе происхождения компонентов космич. лучей, наблюдаемых у поверхности Земли, или при анализе возможных механизмов g- или нейтринного излучения. (М.Ю. Хлопов)