Номер 6, страница 262 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

6. Какие частицы относятся к квазистабильным и нестабильным (резонансам)?

В физике элементарных частиц их принято классифицировать по времени жизни. Частицы, которые не распадаются самопроизвольно, называются стабильными (протон, электрон, фотон, нейтрино). Остальные частицы являются нестабильными и, в свою очередь, делятся на квазистабильные и резонансы в зависимости от характерного времени жизни и типа взаимодействия, вызывающего распад.

Квазистабильные частицы

Это нестабильные частицы, распад которых происходит за счет слабого или электромагнитного взаимодействия. Поскольку эти взаимодействия значительно "слабее" сильного, время жизни таких частиц относительно велико.

• Время жизни: Обычно находится в диапазоне от $10^{-20}$ с до времени жизни свободного нейтрона (около 15 минут, или $\approx 880$ с). Этого времени достаточно, чтобы частица успела пролететь в детекторе расстояние, измеряемое от миллиметров до сотен метров, и оставить видимый след (трек).
• Примеры:
  • Лептоны: мюон ($\mu$), тау-лептон ($\tau$).
  • Мезоны: пионы ($\pi^{\pm}, \pi^0$), каоны ($K^{\pm}, K^0$).
  • Барионы: свободный нейтрон ($n$), гипероны ($\Lambda^0, \Sigma^{\pm,0}, \Xi^{-,0}, \Omega^-$).

Ответ: К квазистабильным относятся частицы, распадающиеся за счет слабого или электромагнитного взаимодействия, имеющие относительно большое время жизни (от $10^{-20}$ с до $\approx 15$ минут), что позволяет регистрировать их треки в детекторах. Примеры: мюон, пионы, каоны, свободный нейтрон, гипероны.

Нестабильные частицы (резонансы)

Это чрезвычайно короткоживущие частицы, которые распадаются за счет сильного взаимодействия. Фактически, они являются возбужденными состояниями других, более стабильных адронов (частиц, состоящих из кварков).

• Время жизни: Очень короткое, порядка $10^{-23} - 10^{-22}$ с. Это время сопоставимо со временем, за которое свет проходит расстояние порядка размера атомного ядра.
• Обнаружение: Из-за сверхмалого времени жизни резонансы не оставляют треков в детекторах. Их существование доказывается косвенно: при определенных энергиях сталкивающихся частиц наблюдается резкое увеличение (резонансный пик) вероятности (эффективного сечения) реакции. Ширина этого пика $\Gamma$ связана со временем жизни частицы $\tau$ соотношением неопределенностей Гейзенберга: $\Gamma \cdot \tau \approx \hbar$.
• Примеры:
  • Барионные резонансы: Дельта-изобары ($\Delta$), $N^*$ и др.
  • Мезонные резонансы: ро-мезон ($\rho$), омега-мезон ($\omega$), $K^*$-мезоны и др.

Ответ: К нестабильным частицам (резонансам) относятся частицы, распадающиеся за счет сильного взаимодействия с характерным временем жизни $10^{-23} - 10^{-22}$ с. Они не наблюдаются напрямую, а проявляются как резонансные пики в сечениях ядерных реакций. Примеры: $\Delta$-барион, $\rho$-мезон, $\omega$-мезон.