Возникают ли нестабильные частицы с точной массой или массы распределяются в резонансах?

Основной ответ исходит из принципа неопределенности Гейзенберга .

$$ΔEΔt>h/4π$$ В квантовой теории поля (КТП) все соотношения неопределенностей связаны с ненулевыми коммутаторами соответствующих переменных.

Вычисление времени жизни для различных распадов в Стандартной модели, модели КТП, подразумевает, что все распадающиеся частицы с временем жизни будут иметь ширину, которая обусловлена ​​коммутаторными соотношениями в квантовой теории поля. Вот калькулятор продолжительности жизни с использованием HUP.

Наиболее точное измерение массы мюона по-прежнему имеет ширину, как показано в этом обзоре PDG .

Итак, я смотрел фантастический открытый курс Массачусетского технологического института по физике АМО Вольфганга Кеттерле, он сделал замечание, что, хотя атом является квантовой системой, классическая картина иногда может действительно помочь вашей интуиции, с оговоркой, что она также может ввести вас в заблуждение.

Я думаю, что этот вопрос вполне поддается классической аналогии.

Первая проблема — это реакция: 2 Z, 4 F — это слишком много. Отличная реакция на вопрос — фотопроизводство дельта-барионного резонанса :

$$\gamma + p \rightarrow \Delta^+ \rightarrow X$$

который выглядит примерно так (электро-продакшн):

Поперечное сечение имеет резонансный член Брейта-Вигнера:

$$f(E) = \frac k {(E^2-M^2)^2-M^2\Gamma^2}$$

Вы можете смотреть на это как на создание новой частицы в диапазоне масс, или вы можете смотреть на это как на КХД-версию сверхтонкого перехода спин-флип с большой шириной линии.

Если выбрать первое, то инвариантная масса конечного состояния$(W)$показывает, что дельта-масса действительно меняется.

Классическая аналогия состоит в том, что BW-функция является в точности функцией отклика RCL-схемы или классического затухающего гармонического осциллятора: они имеют пиковую частоту ($f_0$), на что они отвечают, но если их слегка оттолкнуть, скажите:$f' = f_0 + \Delta f$, они колеблются в$f'$, нет$f_0$.

Итак, да: нестабильные частицы существуют с разными массами.

Существует небольшая техническая проблема, связанная с формой BW-резонанса, это распределение Коши, которое, как известно, имеет несвязанное стандартное отклонение, что может вызвать проблемы при использовании формального утверждения принципа неопределенности Гейзенберга (то есть при использовании стандартных отклонений). Вот почему мы также обсуждаем «ширину» короткоживущих частиц и ширину линий в атомной физике.

С другой стороны, это означает, что вы не экспоненциально подавлены далеко от пика. Вы подавлены, конечно, но не в геометрической прогрессии. Вот почему нейтроны могут распадаться, для чего нужен виртуальный W-бозон так далеко от$M=80$ГэВ, это никогда бы не произошло, если бы форма резонанса была гауссовой.