Номер 7, страница 20, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

7. Почему нестабильные элементарные частицы имеют различные времена жизни?

7. Нестабильные элементарные частицы имеют различные времена жизни, потому что они распадаются под действием разных фундаментальных взаимодействий, которые имеют различную интенсивность. Время жизни частицы — это среднее время, которое частица существует до своего распада. Оно обратно пропорционально вероятности распада в единицу времени. Эта вероятность, в свою очередь, определяется типом взаимодействия, вызывающего распад.

Существует три основных типа взаимодействий, ответственных за распады частиц (в порядке убывания силы):

1. Сильное взаимодействие: Это самое интенсивное взаимодействие. Частицы, распадающиеся за счет сильного взаимодействия (например, резонансы), имеют чрезвычайно короткие времена жизни, порядка $10^{-23} – 10^{-24}$ с. За такое время свет проходит расстояние, сравнимое с размером самой частицы.

2. Электромагнитное взаимодействие: Оно значительно слабее сильного. Частицы, распадающиеся через электромагнитное взаимодействие (например, нейтральный пи-мезон, распадающийся по схеме $\pi^0 \rightarrow \gamma + \gamma$), имеют времена жизни в диапазоне от $10^{-16}$ до $10^{-20}$ с. Эти распады обычно включают испускание или поглощение фотонов.

3. Слабое взаимодействие: Это самое медленное из трех взаимодействий. Частицы, распадающиеся за счет слабого взаимодействия, имеют самые большие времена жизни, которые могут варьироваться от $10^{-13}$ с (например, для многих странных частиц) до примерно 15 минут (для свободного нейтрона). Распад мюона также является примером слабого процесса.

Таким образом, огромный разброс во временах жизни нестабильных частиц (от ~$10^{-24}$ с до ~900 с) является прямым следствием огромной разницы в силе фундаментальных взаимодействий, которые управляют их распадами.

Ответ: Различные времена жизни нестабильных элементарных частиц обусловлены тем, что их распады вызываются разными типами фундаментальных взаимодействий (сильным, электромагнитным, слабым), которые обладают разной интенсивностью. Чем интенсивнее взаимодействие, тем выше вероятность распада и, соответственно, короче время жизни частицы.