Decadimento particellare

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Jump to navigation Jump to search

In fisica delle particelle, il decadimento particellare è il processo spontaneo mediante il quale una particella subatomica instabile si trasforma in una o più altre particelle subatomiche. Le particelle create nel processo (lo stato finale) devono essere ciascuna meno massiva della particella originale, sebbene la massa invariante del sistema sia conservata. Una particella è instabile se c'è almeno uno stato finale permesso in cui essa può decadere. Le particelle instabili hanno spesso molti modi di decadimento, ciascuno con una sua probabilità. I decadimenti sono mediati da una o più interazioni fondamentali. Le particelle dello stato finale possono essere a loro volta instabili e quindi decadere ulteriormente.

Il decadimento particellare è diverso dal decadimento radioattivo, in cui un nucleo atomico instabile si trasforma in un nucleo più leggero con l'emissione di particelle o radiazione, sebbene i due processi abbiano delle similitudini e possano essere descritti con la stessa terminologia.

Vita media di alcune particelle[modifica | modifica wikitesto]

Dai dati del Particle Data Group, la vita media di alcune importanti particelle risulta essere:

Tipologia Nome Simbolo Massa (MeV/c2) Vita media
Leptone Elettrone / Positrone 0,511 >4,6×1026 anni
Muone / Antimuone 105,6 2,2×10−6 s
Tauone / Antitauone 1777 291×10−15 s
Mesone Pione neutro 135 8,4×10−17 s
Pione carico 139,6 2,6×10−8 s
Barione Protone / Antiprotone 938,2 >1×1026 anni
Neutrone / Antineutrone 939,6 885,7 s
Bosone Bosone W 80 400 1×10−24 s
Bosone Z 91 000 1×10−25 s

Probabilità di sopravvivenza[modifica | modifica wikitesto]

La vita media di una particella è indicata con , la probabilità che essa sopravviva per un tempo maggiore di t prima di decadere è:

dove

è il fattore di Lorentz della particella.

Larghezza di decadimento[modifica | modifica wikitesto]

Per una particella di massa M, la larghezza di decadimento:

e

dove
  • n è il numero di particelle create nel decadimento.
  • è l'elemento della matrice invariante che connette lo stato iniziale con lo stato finale.
  • è l'elemento della spazio delle fasi
  • è il quadri-momento della particella i.

Lo spazio delle fasi è determinato da

dove è la delta di Dirac in quattro dimensioni.

Quadrimpulso[modifica | modifica wikitesto]

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Quadrimpulso.

Il quadrimpulso di una particella è anche detto massa invariante (costante per ogni velocità v < c e numericamente coincidente con la massa a riposo m0).

Il quadrato del quadrimpulso è definito come la differenza tra il quadrato dell'energia e il quadrato del tri-impulso:

Nel caso di due particelle si ha:

Il quadrimpulso è conservato in tutti i decadimenti ed interazioni tra particelle

Decadimento a due corpi[modifica | modifica wikitesto]

Se una particella di massa M decade in due particelle (etichettate con 1 e 2) la conservazione del quadrimomento diventa

che può essere scritto come

elevando al quadrato entrambi i membri

Usando la definizione precedentemente definita del quadrato del quadrimpulso si ha

Se supponiamo la particella "madre" inizialmente ferma:

si ottiene

e quindi si arriva alla formula dell'energia per la particella 1:

Similmente per la particella 2:

L'angolo con cui è emessa una particella misurato nel sistema del laboratorio è collegato all'angolo nel sistema del centro di massa tramite l'equazione

Larghezza di decadimento[modifica | modifica wikitesto]

Data una particella si massa M che decade in due particelle 1 e 2, nel sistema di riferimento fermo della particella "madre" si ha

In coordinate sferiche:

Conoscendo l'elemento nello spazio delle fasi per il decadimento a due corpi si ottiene che la larghezza di decadimento è:

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

  Portale Fisica: accedi alle voci di Wikipedia che trattano di Fisica