光子、电子、中子、质子以及其他稀有粒子的寿命是怎么回事?还有物质与能量有什么关系?

Question

光子、电子、中子、质子以及其他稀有粒子的寿命是怎么回事?还有物质与能量有什么关系?

Answer 1

所谓基本粒子的寿命,就是指粒子从产生到衰变所经历的一段时间.迄今为止,人们所知道的基本粒子已有300
多种.其中,除少数寿命特别长的稳定粒子（如光子、中微子、电子和质子）外,其他都会分别通过弱相互作用、
电磁相互作用和强相互作用衰变成别的粒子.在这些会衰变的粒子中,绝大多数是瞬息即逝的,也就是说,它们往
往在诞生的瞬间就已夭折.但由于引起衰变的原因不同,不同粒子的寿命（通常指粒子静止时的平均寿命）也有巨
大的差异.
通过弱相互作用衰变的粒子有20余种.其中,π±介子的寿命大致为2.6 ×10 -8 秒,即π±介子经过一亿分
之一秒就衰变成了其他秒子.一亿分之一秒,从我们日常生活中习惯了的时间概念来讲,是不值一提的；但在微观
世界里,它却不能忽视,相反倒是个不太小的数字.在大量能自动衰变的基本粒子中,能活上一亿分之一秒的算是
相当长寿的.再来看看通过电磁相互作用衰变的粒子（共两种）,它们的寿命就要短得多了.π0 介子的寿命是0.84×10
-16 秒,η介子的寿命是3 ×10e-19秒.比起π±介子来,它们的寿命竟分别要短8 11个数量级.但要论寿命的
最短,还轮不到它们!寿命最短的,则要算通过强相互作用衰变的“共振态粒子”（如?粒子、?粒子等）.它们的伙伴特别多,占
基本粒子家族成员的一半以上,共200 多种.它们的寿命之短达到了惊人的地步,以致于人们很难用确切的形容词
来描述它们的衰变过程；粒子物理学家即使利用最优的实验手段也已无法直接测量它们,而只能用间接的方法推算
出它们的寿命.它们只能生活一千万亿亿分之一秒左右,即寿命大致是10e-28秒.