壽命最短的基本粒子

所謂基本粒子的壽命，就是指粒子從產生到衰變所經曆的一段時間。迄今為止，人們所知道的基本粒子已有300多種。其中，除少數壽命特別長的穩定粒子(如光子、中微子、電子和質子)外，其他都會分別通過弱相互作用、電磁相互作用和強相互作用衰變成別的粒子。在這些會衰變的粒子中，絕大多數是瞬息即逝的，也就是說，它們往往在誕生的瞬問就已夭折。但由於引起衰變的原因不同，不同粒子的壽命(通常指粒子靜止時的平均壽命)也有巨大的差異。

通過弱相互作用衰變的粒子有20餘種。其中，π±介子的壽命大致為2．6×10{-8}秒，即ππ±介子經過一億分之一秒就衰變成了其他秒子。一億分之一秒，從我們日常生活中習慣了的時間概念來講，是不值一提的；但在微觀世界裏，它卻不能忽視，相反倒是個不太小的數字。在大量能自動衰變的基本粒子中，能活上一億分之一秒的算是相當長壽的。

再來看看通過電磁相互作用衰變的粒子(共兩種)，它們的壽命就要短得多了。π-介子的壽命是0．84×10{-16)秒，11介子的壽命是3×10-{19}秒。比起π±介子來，它們的壽命競分別要短8～11個數量級。

但要論壽命的最短，要算通過強相互作用衰變的“共振態粒子”。它們的夥伴特別多，占基本粒子家族成員的一半以上，共200多種。當粒子壽命短於10{-10}S～10{-12}S時，很難在探測器中留下徑跡而直接被探測到，隻能通過其衰變產物的反應截麵來觀測。在研究原子核的散射和反應過程中，當入射粒子能量取某一確定值時，散射或反應的截麵突然變大，截麵隨能量的變化曲線和力學中的共振曲線完全類似，因而被稱為共振態。

1953年，來自意大利的科學家費米和他的同事安得森在美國芝加哥大學的同步回旋加速器上做實驗時，發現了質子——介子係統中的第一個共振態，但是那時候人們並未想到有這麽多共振態。1952年，美國物理學家格拉塞製成了世界上第一台氫泡室，在乙醚泡中顯示了宇宙射線中粒子的徑跡。這以後有好幾個物理研究組開始將泡室用於高能物理研究，不斷研究和發展泡室技術。阿爾瓦雷斯發展了氫泡室技術和數據分析方法，首次把這類粒子命名為“共振態”，大大促進了粒子物理學的發展，從而在1968年獲得了諾貝爾物理學獎。