Номер 2, страница 362 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Посмотрите на таблицу и подумайте, какой из видов взаимодействия определяет распад приведённых в ней частиц.

Поскольку таблица с частицами не приведена, предоставим общий метод определения типа взаимодействия, который определяет распад частицы. Для этого нужно проанализировать характеристики распада: время жизни частицы, продукты распада и сохранение квантовых чисел, в первую очередь — странности.

В физике элементарных частиц распады вызываются тремя из четырех фундаментальных взаимодействий: сильным, электромагнитным и слабым. Каждое из них имеет свои отличительные черты.

Сильное взаимодействие является самым быстрым. Характерное время жизни частиц, распадающихся за счет сильного взаимодействия, чрезвычайно мало — порядка $10^{-23}$ с. В таких распадах адроны (частицы, состоящие из кварков) превращаются только в другие адроны. Важнейшим свойством сильного взаимодействия является то, что оно сохраняет все "ароматовые" квантовые числа, такие как странность ($S$), очарование ($C$) и т.д. Таким образом, если в распаде участвуют только адроны, странность сохраняется, а время жизни очень короткое, то распад определяется сильным взаимодействием.

Электромагнитное взаимодействие медленнее сильного, но быстрее слабого. Характерные времена жизни для электромагнитных распадов лежат в диапазоне $10^{-21} - 10^{-16}$ с. Явным признаком электромагнитного распада является наличие в продуктах распада фотона ($\gamma$-кванта). Электромагнитное взаимодействие, как и сильное, сохраняет странность и другие ароматы. Классический пример — распад нейтрального пиона на два фотона: $\pi^0 \rightarrow \gamma + \gamma$.

Слабое взаимодействие является самым медленным. Времена жизни частиц, распадающихся из-за слабого взаимодействия, значительно больше и начинаются от $10^{-13}$ с, достигая многих минут (например, распад свободного нейтрона). Главная и уникальная особенность слабого взаимодействия — это его способность изменять ароматы кварков. Это приводит к тому, что в слабых распадах не сохраняется странность, очарование и другие подобные квантовые числа. Нарушение сохранения странности ($\Delta S \neq 0$) является стопроцентным указанием на слабое взаимодействие. Другим важным признаком является участие в распаде лептонов (электронов, мюонов, нейтрино). Например, распад $\Lambda^0 \rightarrow p + \pi^-$ происходит с нарушением сохранения странности ($S=-1$ у $\Lambda^0$ и $S=0$ у продуктов распада), поэтому он обусловлен слабым взаимодействием.

Таким образом, чтобы ответить на вопрос для конкретных частиц из таблицы, необходимо применить следующий алгоритм. Во-первых, нужно проверить, меняется ли в процессе распада странность. Если да ($\Delta S \neq 0$), то это слабое взаимодействие. Во-вторых, если странность сохраняется, следует проверить, есть ли в продуктах распада фотоны. Если да, то это электромагнитное взаимодействие. В-третьих, если странность сохраняется и в продуктах нет фотонов (а только адроны), то это сильное взаимодействие. Наконец, время жизни частицы служит дополнительным и очень надежным критерием для проверки вывода.

Ответ: Тип взаимодействия, определяющий распад частицы, устанавливается по следующим признакам. Слабое взаимодействие ответственно за распады, в которых не сохраняется странность (или другие кварковые ароматы) и/или в которых рождаются лептоны (электроны, мюоны, нейтрино); характерное время жизни таких частиц велико (больше $10^{-13}$ с). Электромагнитное взаимодействие определяет распады с сохранением странности, в продуктах которых есть фотоны; время жизни составляет примерно $10^{-21} - 10^{-16}$ с. Сильное взаимодействие вызывает самые быстрые распады (время жизни $\approx 10^{-23}$ с) с сохранением странности, в которых адроны распадаются только на другие адроны.