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基本粒子发生衰变的原因是什么?现在能理论上计算其寿命大小么?

基本粒子衰变是要结合具体问题来分析的,按照现代物理学的基本理论来说,粒子物理学标准模型可以给出相对合理的解释。但是由于粒子物理学标准模型无法解释中微子以及自身的三大难题,所以新的物理学模型还在探索中。

对于常见的衰变,主要是因为参与衰变的粒子存在内部核结构,进而导致相互作用场在量子涨落效应下会使旧粒子湮灭掉同时产生新粒子。这里面涉及到比较复杂的量子理论,也只有在精通量子理论以后才能谈及如何去计算粒子衰变的寿命。

衰变这个词语在量子力学里可以看成另一个词语的变体:跃迁。衰败前后的粒子可以看成相互作用场的两种不同的粒子态,那么在量子理论看来这就是两个态之间的跃迁。一般来说只有少数几个物理跃迁问题可以精确求解,绝大多数则只能近似计算。这种计算方法基本是物理学里唯一的计算方法,它叫微扰论(天体力学上叫摄动理论)。微扰论是在可以精确计算的问题基础上计算极小微扰对解的修正的理论。衰变在一些情况下,是可以看成由于微扰导致的,所以可以用微扰论计算。但是现在越来越多的研究在转向了非微扰计算,虽然非微扰还没有形成很好、很系统的办法。

具体来说,粒子衰变和强相互作用、弱相互作用以及电磁相互作用三个规范场以及费米子场、标量场之间的耦合有关。描述这种耦合比较成功的理论模型叫做粒子物理学标准模型。粒子物理学标准模型既是很成功的理论,也是很不成功的理论。原因在于,粒子物理学标准模型可以计算出许多与实验结果相符合的物理过程,但是却没有涉及到最重要的一类轻子:中微子。而且粒子物理标准模型在计算层面会有不自然性和平庸性。这就导致我们对于一大类衰变问题是不能简单使用标准模型的,为此我们需要发展新物理。

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