¿Las partículas inestables se crean con una masa exacta o las masas se distribuyen en resonancias?

La respuesta básica proviene del principio de incertidumbre de Heisenberg .

$$ΔEΔt>h/4π$$ En la teoría cuántica de campos (QFT), todas las relaciones de incertidumbre se deben a los conmutadores distintos de cero de las variables relevantes.

El cálculo de la vida útil de las diversas desintegraciones en el modelo estándar, un modelo QFT, implica que todas las partículas en descomposición con una vida útil tendrán un ancho, que se debe a las relaciones del conmutador en la teoría cuántica de campos. Aquí hay una calculadora para toda la vida usando el HUP.

La medida más precisa de la masa del muón todavía tiene un ancho como se ve en esta revisión de PDG .

Estuve viendo el fantástico curso abierto del MIT sobre física AMO de Wolfgang Ketterle. Hizo un comentario de que, aunque el átomo es un sistema cuántico, una imagen clásica a veces puede ayudar mucho a tu intuición, con la salvedad de que también te desvía del camino.

Creo que esta pregunta es muy susceptible a la analogía clásica.

El primer problema es la reacción: 2 Z, 4 f, es demasiado. Una gran reacción a la pregunta es la fotoproducción de la resonancia bariónica delta :

$$\gamma + p \rightarrow \Delta^+ \rightarrow X$$

que se parece a esto (electro-producción):

La sección transversal tiene un término de resonancia de Breit-Wigner:

$$f(E) = \frac k {(E^2-M^2)^2-M^2\Gamma^2}$$

Puede verlo como la creación de una nueva partícula dentro de un rango de masas, o puede verlo como la versión QCD de una transición hiperfina de giro y volteo, con un gran ancho de línea.

Si elige el primero, entonces la masa invariante del estado final$(W)$muestra que la masa delta realmente varía.

La analogía clásica es que la función BW es exactamente la función de respuesta de un circuito RCL o el oscilador armónico amortiguado clásico: tienen una frecuencia pico ($f_0$) a lo que responden, pero cuando se desvíe un poco de eso, diga:$f' = f_0 + \Delta f$, oscilan en$f'$, no$f_0$.

Entonces, sí: las partículas inestables existen en diferentes masas.

Hay un poco de preocupación técnica con respecto a la forma de resonancia BW, es la distribución de Cauchy, que tiene una desviación estándar ilimitada, lo que podría causar problemas al usar la declaración formal del Principio de Incertidumbre de Heisenberg (es decir, usar desviaciones estándar). Es por eso que también discutimos el "ancho" de las partículas de vida corta y los anchos de línea en la física atómica.

Por otro lado, significa que no estás suprimido exponencialmente fuera del pico. Estás reprimido, seguro, pero no exponencialmente. Esta es la razón por la cual los neutrones pueden decaer, lo que requiere un bosón W virtual tan lejos de$M=80$GeV, nunca ocurriría si la forma de resonancia fuera gaussiana.