Время жизни частиц

[Euler7]

Доброго времени суток. Скажите пожалуйста, как определяют время жизни элементарных частиц? Такие частицы ведь обнаруживаются только в ускорителях и напрямую время жизни измерить не получится... Или получится? :)

[Ms-dos4]

Euler7
Мне интересно, а что вы подразумеваете под "напрямую"?
А вообще время жизни например в трековых приборах измеряют на основе длины пробега от рождения частицы и до распада. И в ускорителях типа LHC детекторы не просто так стоят...

[Munin]

Если у нас есть поток частиц $\Phi_1,$ а через некоторое время (в вакууме, а не в веществе - на вещество отдельные поправки) этот поток становится $\Phi_2,$ то часть частиц распалась по экспоненциальному закону, который легко вывести - а в показателе стоит как раз время жизни. Для короткоживущих частиц это может быть буквально метры, для нейтронов, например, - намного больше (настолько, что их время жизни до самого последнего времени было известно с невысокой точностью, да и сейчас только чуть-чуть уточнилось).

Нейтрон - самая долгоживущая частица из тех, которые называют "элементарными" (по традиции, это все субъядерные частицы, а неделимые на сегодня кварки называют "фундаментальными"). Более долгоживущими бывают разные ядра, но тут проще: их можно замотать в электроны, сложить в мешок, и встать рядом с часами. Проблемы возникают только с ядрами с очень большим временем жизни - сотни миллионов и миллиарды лет - и с такими, которые трудно получить в больших количествах (какие-нибудь экзотические возбуждённые состояния, может быть, - но возбуждённые состояния обычно короткоживущие, так что с ними можно как с частицами).

[worm2]

Munin писал(а):

Для короткоживущих частиц это может быть буквально метры

Это для "короткоживущих" с нашей (обыденной) точки зрения. С точки зрения адронов это те ещё долгожители. "Обычные" адроны за всю свою жизнь успевают увидеть мир не дальше единиц миллиметров, а то и долей микрона. Истинно же "короткоживущие" адроны имеют шанс познакомиться разве что с внутренностью нуклона ($10^{-15}$ м). Такие времена уже действительно "напрямую" (по длине трека) нельзя посчитать. Приходится по косвенным признакам определять (по ширине резонанса в энергетическом спектре продуктов распада).

[Munin]

Если частицы распадаются настолько быстро, что расстояние, на котором они все распадаются, даже в микроскоп не разглядишь, то применяется оценка по графику реакции, в которой такие частицы образуются. Этот график имеет пик с шириной, однозначно связанной со временем жизни частиц: $\Gamma=1/\tau.$

[Euler7]

Munin в сообщении #728096 писал(а):

Если у нас есть поток частиц $\Phi_1,$ ...

Значит частицы находят в ускорителях. Эти ускорители умеют фиксировать траектории частиц, образовавшихся после столкновения других частиц. Но чтобы узнать собственное время жизни частицы, траектории мало, нужно ещё и знать её скорость. Или скорость детекторы тоже умеют замерять?

[Munin]

Euler7 в сообщении #728197 писал(а):

Значит частицы находят в ускорителях.

Сначала их нашли в катодных и анодных лучах (впрочем, это тоже ускорители). Потом - в радиоактивном излучении и в космических лучах. Потом начали искать в ускорителях - и вот тут они посыпались горохом. В середине 50-х годов ходили шутки, что частиц скоро будет больше, чем физиков.

Euler7 в сообщении #728197 писал(а):

Эти ускорители умеют фиксировать траектории частиц, образовавшихся после столкновения других частиц. Но чтобы узнать собственное время жизни частицы, траектории мало, нужно ещё и знать её скорость. Или скорость детекторы тоже умеют замерять?

Почитайте, что они умеют замерять, в Википедии, на http://nuclphys.sinp.msu.ru/ , в описаниях, например, детекторов LHC. В основном, замеряют траекторию, заряд (по искривлению траектории в магнитном поле), энергию (отсюда и скорость). По-разному работают с разными частицами (адронами, мюонами, фотонами). Существуют и другие детекторы, и целые эксперименты, измеряющие другие параметры (например, совершенно отдельный прибор для измерения $g-2$).

[Euler7]

Munin, спасибо.