Элементарные частицы: 2. Два руководящих принципа

Распад элементарных частиц — дело тонкое. Но всё же есть два очень простых принципа, которые могут дать некое ощущение масштабов времен. Первый принцип такой:

время жизни очень сильно зависит от типа взаимодействия, которое этот распад вызывает.

В микромире есть три фундаментальных взаимодействия — сильное, слабое, и электромагнитное (гравитацию мы в расчет не принимаем — уж слишком это особенная сила).

• Если распад идет за счет сильного взаимодействия, то начальная частица превращается в конечный набор частиц исключительно охотно, без какой-либо существенной задержки, просто на счет «раз-два» по масштабам микромира.
• Если распад идет за счет электромагнитного взаимодействия, то он несколько затруднен. Условно говоря, электромагнитному полю требуется некоторое время для того, чтобы «собраться с силами» и превратить начальную частицу в конечные. Нечто похожее мы уже встречали в рассказе про возбужденные атомы.
• Если распад идет только за счет слабого взаимодействия, то он уже очень сильно задерживается. Опять же, условно говоря, слабому взаимодействию требуется исключительно много «попыток» для того, чтобы перевести один тип частицы в другой. Из-за этого времена жизни могут задерживаться в триллионы раз. Зато слабые взаимодействия способны на такие превращения частиц друг в друга, которые остальным взаимодействиям не под силу.

Для наглядности можно провести аналогию с водопроводным краном — аналогию не физическую, конечно, а просто образную. Сильное взаимодействие — это как бы полностью открытый кран, из которого мощным потоком течет вода. Электромагнитное взаимодействие — это как почти закрытый кран, из которого вода вытекает тонкой струйкой. Слабые взаимодействия — это словно полностью закрытый кран, в котором, однако, есть крошечные дефекты, и благодаря им вода исключительно медленно, по капельке в час, просачивается. Во всех этих примерах вытекающая вода — это как бы исходная частица, постепенно превращающаяся в продукты распада. Вода хлещет из открытого крана — распад произошел очень быстро; вода еле просачивается — распад идет очень медленно.

Второй руководящий принцип таков:

чем больше энерговыделение при распаде, тем быстрее он идет.

Поскольку энергия покоя связана с массой, то энерговыделение — это просто разница масс начальной частицы и всех конечных частиц, это дефект массы в применении к отдельным частицам. Но только осторожно: этот принцип ни в коем случае не годится для сравнения распадов разного типа! Он выполняется, — и то очень приблизительно — только при сравнении однотипных распадов. Возвращаясь снова к нашей водопроводной аналогии, энерговыделение здесь соответствует напору воды в кране: при одинаковых условиях кран под большим напором будет пропускать больше воды — т. е. по аналогии распад произойдет быстрее.