为什么大多数粒子会衰变?.docx
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1、为什么大多数粒子会衰变? 打开文本图片集 江苏张家港读者连苗民、陕西西安读者王淑惠来信说,他们都特别喜爱物理,在看科普书时常常看到粒子衰变,但却不知道为什么有些粒子会衰变、有些粒子却又不会衰变?粒子衰变遵循什么样的规律? 这的确是个很有意思又很重要的问题,涉及到一些基本的物理学原理。我们特意编译美国罗格斯高校理论物理学教授马修斯特拉斯勒的文章,从物理学基本原理来阐述其中的缘由。本文较长,拟分三期连载。 物理学家已经发觉了大量的粒子,而且今后还有可能发觉更多。但是大多数种类的粒子并不只是呆在地板上等待我们扫出来,我们不得不设计一些像大型强子对撞机那样的特别机器,来发觉和探讨它们。为什么要这样做呢
2、?因为除了可以构成我们以及日常生活中物体的粒子以外,大多数的粒子都会在大约一百零一万分之一秒之后破裂成为其他的粒子,就与我们彻底拜拜了。有一些粒子存在时间更短,甚至会小于万亿分之一秒的万亿分之一。所以科学家才不得不制造对撞机,来捕获这么短的时间内粒子衰变的过程。 在这篇文章里,我们将用一些虽然不太恰当但是很不错的类比,来说明一下衰变为什么是大多数粒子的最终命运。 耗散现象 你可能还记得在量子世界中每个粒子都具有波粒二象性,即粒子具有波动性和粒子性,所以我们可以把粒子都看成某种波。那么粒子的衰变过程,其实就犹如波的“耗散”过程。这个耗散,也可称为消散、分散、驱散、分解等。而波的耗散过程,是一个日
3、常生活中很常见的现象,尽管你可能没有留意到。 没有什么可以天长地久,包括吉他或小提琴等乐器上的琴弦拨动时产生的声音。事实上,在产生声音前,首先要有琴弦来回振动。为啥你可以听到声音,尽管琴弦离你很远?你能听到它,是因为琴弦的振动可以使空气振动,产生可以在空气中穿行的声波并抵达你的耳朵。 那么为什么声音会渐渐消逝呢?当你拨动琴弦时,你身上的一些能量就变成了琴弦振动的能量。而能量是守恒的,它既不能被创建出,也不能被销毁掉,不过它可以从一个地方移到另一个地方,或从一种形式变成另一种形式。琴弦振动的能量一点一点地消逝,转变为其他的东西。有一些变成了空气的振动,从而产生了声波。有一些在摩擦中损失了,变成了
4、琴弦以及固定琴弦的挂钩里微观分子的振动,即热能。这种从一种振动形式变为多种振动形式,并把琴弦的宏观运动的能量转变为其他各种能量的过程,就是耗散。耗散之所以能发生,是因为振动的琴弦与其他的东西有接触,详细地说就是与空气、挂钩以及自身的内部结构有接触。 粒子的衰变也类似这种耗散过程,但是量子力学会使得事情变得不同。琴弦的振动渐渐消逝并会变成声波和微观分子的振动,而一般粒子的衰变,会突然地变成两个,或三个,或更多个轻质量的粒子。这是耗散的量子版本,它与波的耗散的本质是一样的,不过是多了一些量子属性。例如闻名的希格斯粒子可以突然衰变成为两个光子,而一个Z粒子可以突然衰变成一个子和一个反子。 现在来学习
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