Йоктосекунды: 1. На границе известного

Дождитесь загрузки виджета хронологической шкалы.

Для просмотра необходимо включить JavaScript.

Времена жизни элементарных частиц

— лептоны
— легкие адроны и «странные» адроны (содержат s-кварк)
— «очарованные» адроны (содержат c-кварк)
— «прелестные» адроны (содержат b-кварк)
— участники электрослабых взаимодействий
███ — легкие адроны
███ — «очарованные» и «прелестные» адроны
███ — методы измерения

К настоящему времени физики открыли уже несколько сотен «элементарных» частиц. Слово «элементарные» не случайно взято в кавычки: подавляющее большинство этих частиц — составные. Это адроны, частицы, участвующие в сильном взаимодействии и составленные из фундаментальных частиц — кварков и антикварков. Адроны делятся на мезоны (кварк-антикварковые пары) и барионы (трехкварковые комбинации).

Все известные элементарные частицы — за исключением протона и электрона — нестабильны. Они различаются по своим массам, по характеру взаимодействия, по тому, на какие более легкие частицы они распадаются — и, как следствие этого, по временам жизни.

Времена жизни известных элементарных частиц простираются на 27 (!) порядков — от долей йоктосекунды для самых тяжелых частиц и до 15 минут у нейтрона. Времена жизни частиц вовсе не беспорядочно разбросаны в этом огромном диапазоне, а подчиняются определенным закономерностям. На этой масштабной линейке показаны времена жизни отдельных элементарных частиц и их семейств, а также методы их измерения.

1 ис = 10−24 c

Йокто- (иокто-) — самая мелкая среди дольных приставок Международной системы единиц СИ. Все известные явления, разворачивающиеся на таких временах, относятся к жизни элементарных частиц и как правило протекают при больших энергиях и околосветовых скоростях.

Опорный масштаб времен здесь — это размер протона поделить на скорость света:

t  ~   1 фм   ≈  3 ис.
c

Йоктосекунды — это тот масштаб времен, на котором протекают высокоэнергетические столкновения протонов, ядер и других частиц. В этот диапазон попадают также времена жизни многочисленных адронных резонансов — комбинаций кварков и антикварков, которые, родившись, успевают проколебаться пару-тройку раз и разваливаются на другие, более стабильные комбинации кварков.

Самыми короткоживущими являются наиболее массивные из известных частиц. Это частицы — переносчики слабого взаимодействия W- и Z-бозоны, а также топ-кварк. Их времена жизни составляют десятые доли йоктосекунды. Хиггсовский бозон, тоже довольно тяжелый, немножко выбивается из этой тенденции — он живет свыше 100 ис.


2
Показать комментарии (2)
Свернуть комментарии (2)

  • petrenko  | 01.06.2015 | 11:41 Ответить
    "Опорный масштаб времен здесь — это размер протона поделить на скорость света"

    Уточните пожалуйста о какой системе отсчета здесь идет речь? В которой протон покоится? В лабораторной системе коллайдера ведь протон продольно сжат в гамма раз (7000 для LHC).
    Ответить
    • Игорь Иванов > petrenko | 15.06.2015 | 00:18 Ответить
      Да, конечно, в системе покоя. На то он и опорный масштаб. Если точнее, то в системе центра инерции того процесса, который мы оцениваем. Т.е. если это столкновение, то в сци. Если это, скажем, квазиклассический период обращения кварков в мезоне, то система покоя мезона.

      Разумеется, тут есть и более тонкие вопросы, и там релятивистское замедление времени играет важную роль. Например, описание адронных столкновений на языке цветовых диполей, да и вообще вся картина партонных распределений, опирается на то, что поперечная динамика партонов в ультрарелятивистском протоне страшно замедлена в лабораторной системе отсчета. Поэтому в процессе адронных столкновений партоны-наблюдатели можно, в простейшем приближении, считать практически неподвижными. Поэтому в координатном представлении недиагональные матричные элементы можно класть равным нулю, опять же в простейшем приближении.

      Это всё интересно и заслуживает отдельного разговора. Но этот разговор уже — как минимум со старшекурсником или аспирантом. Он выходит за пределы целей этого проекта.
      Ответить
Написать комментарий
Элементы

© 2005-2017 «Элементы»