Decadimento particellare
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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
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
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
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
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La radice della norma del quadrimpulso di una particella è anche detta massa invariante (costante per ogni velocità v < c e numericamente coincidente con la massa a riposo m0).
La norma del quadrimpulso è definita 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
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
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
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/55/Nuvola_apps_katomic.svg/25px-Nuvola_apps_katomic.svg.png)