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mean lifetime

  某种粒子产生后到衰变时为止平均存在的时间,简称为寿命。当粒子运动速度很快甚至接近光速时,由于相对论性的效应,其平均寿命将比粒子静止时的长,表现为同一种粒子的平均寿命随速度的增加而增加。粒子物理学中提到粒子的平均寿命都是指在该种粒子静止时所观测到的平均寿命。至于粒子运动时的平均寿命,则根据相对论的公式进行推算。

  现在已知的可以衰变的基本粒子,其平均寿命分布在很大的范围内。中子的平均寿命最长,其值为898±16秒,其他粒子的平均寿命都短于10-5秒,最短的约为10-25秒。粒子物理学中称为稳定粒子(见衰变)的基本粒子,现已测定的平均寿命除W粒子和Z粒子的外都大于10-20秒;粒子物理学中称为不稳定粒子的基本粒子,现已测定的平均寿命都小于10-20秒。

  考虑到粒子的质量总是随粒子的运动速度而改变,在粒子物理学中提到质量都是指粒子在静止时所表现的质量。微观现象的普遍规律决定了只有完全稳定的粒子其质量才具有完全确定的值,可以衰变的粒子的质量分布在某一确定值附近的一定范围内。这种分布可以用该种粒子的质量分布图表示出来。如图所示粒子的质量分布图中有一个最大值。这个最大值所对应的质量 M就是通常所说该种粒子的质量。最大值两边曲线降到最大值一半处的两点之间的质量差用 Г代表。Г 反映了由于粒子是可以衰变的而引起的粒子质量分布的范围,Г称为衰变宽度,它等于平均寿命的倒数乘普朗克常数再除以光速的二次方。换言之,在自然单位制中,衰变宽度等于平均寿命的倒数,它直接反映粒子稳定的程度。

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  实验中直接测量的通常是平均寿命或衰变宽度。对于绝大多数粒子来说,由于平均寿命很短而衰变宽度大,实验上通常是直接测量衰变宽度。只有平均寿命很长的粒子,例如平均寿命约为10-8秒,才能直接测量它的平均寿命。

  现已发现的可以衰变的基本粒子中除极少数外一般都具有不止一种衰变方式,但是一种粒子只有一个确定的衰变宽度和一个与之相对应的平均寿命。基本粒子的这个基本属性可以作为在实验上辨认和区别基本粒子的重要依据。例如在早期关于K介子的研究中发现衰变到两个π介子的粒子和衰变到三个π介子的粒子具有相同的质量和平均寿命,后来就据此判断它们是同一种粒子(K介子)的不同衰变方式。这个判断对发现宇称不守恒是起了作用的。又如在以后研究中性 K介子的衰变过程中,发现中性K介子衰变时其平均寿命呈现出两个值,这两个值相差五百余倍。从这个现象判定,有两种衰变行为完全不同的中性K介子存在。

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