电磁衰变是通过电磁相互作用，一个微观粒子衰变为其他一些微观粒子的过程。最早观察到的亚原子粒子的电磁衰变现象是原子核的γ跃迁。在这个过程中原子核由激发态跃迁到较低的能级同时放出一个光子。

最早观察到的亚原子粒子的电磁衰变现象是原子核的γ跃迁。在这个过程中原子核由激发态跃迁到较低的能级同时放出一个光子。有一些介子和重子有相当大的电磁衰变几率。如中性的π介子几乎全部通过电磁作用衰变为两个光子或一个光子和一个正负电子对（见衰变分支比）。

中性的Σ重子几乎全部衰变为Σ重子和一个光子。由于电磁作用比弱作用强，电磁衰变的粒子的寿命比只能弱衰变的粒子的寿命短得多。

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粒子产生后到衰变时为止平均存在的时间。粒子的性质之一。简称寿命，记为τ。当粒子运动速度很快接近光速时，由于相对论效应，平均寿命将比粒子静止时的长。粒子物理中的平均寿命指该粒子静止时的平均寿命。

除了光子、中微子、电子和质子之外，其他粒子都能自发衰变，平均寿命分布在很大的范围。中子的寿命最长，为896秒，其他衰变粒子的寿命都短于10-5秒，最短的约为10-25秒。粒子的寿命与引起粒子衰变的相互作用类型有关，弱衰变的寿命为＞10-14秒，电磁衰变的寿命为10-20～10-16秒，强衰变的寿命为10-25～10-20秒。粒子物理通常把寿命＞10-20秒的粒子称为稳定粒子，其寿命算是长的。对于长寿命粒子，其寿命可通过粒子在径迹探测器内的径迹长度推算；对于强衰变的粒子，寿命极短，不能靠径迹测量，而是根据粒子寿命τ与能量（ 质量 ）的不确定度Γ之间存在的不确定关系τΓ～h来确定。Γ又称为衰变宽度。因此测出粒子衰变引起的质量分布，量出衰变宽度Γ可计算出寿命τ，或者寿命就由衰变宽度Γ表示。

科学家首次发现新的中子衰变方式

一个由俄罗斯、比利时和德国科学家组成的国际科研小组，首次在实验中观察到了中子衰变的新方式—-放射β（beta）衰变，即一个自由中子衰变成质子、电子、反中微子和光子。有关专家指出，该科研成果对粒子物理的研究有重要意义。

中子是基本粒子的一种，是原子核的组成部分。1932年，英国物理学家乍得威克首次发现了中子。中子具有与质子大约相同的质量，属于重子类，由两个底夸克和一个顶夸克构成。绝大多数的原子核都由中子和质子组成（仅有一种氢原子的同位素例外，它由一个质子构成）。在原子核外，中子性质不稳定，半衰期为15分钟。

基本粒子学理论认为，所有与带电粒子碰撞的反应形式都应释放出光子。但由于光子的能量很小，技术上很难“捕获”。目前，通过实验观察到的中子衰变方式只有一种，即衰变成质子、电子和反中微子，而没有观察到释放出的光子。

多年来，一个由俄罗斯、比利时和德国科学家组成的国际科研小组，一直致力于中子衰变方式的研究。最近，研究人员使用三度重合的低能粒子记录技术：同时记录电子、光子的飞行时间和质子获得的脉冲能量，首次在实验中发现了中子的一种新衰变方式———放射β衰变，即衰变成质子、电子、反中微子和光子。实验还发现，平均300分之一的自由中子能够释放光子。

据悉，2002年该科研小组曾进行过类似的实验，但由于记录设备的灵敏度不够，未获得成功。之后，研究人员设法提高了低能粒子的实验记录精度，终于获得了成功。在未来的实验中，研究人员还有望将实验记录精度能提高10%，重复上述实验。

BaBaR实验组探测稀有粒子衰变

科学家们最近在美国大型粒子探测器BaBaR上进行的实验显示，他们没有观察到支持理论预言的从B介子到正反τ粒子的稀有衰变的任何迹象。 此次探测实在标准模型扩展的基础上进行的。标准模型时描述基本粒子的相互作用，以及基本粒子如何结合成复合粒子的物理理论。B粒子是一种介子，由夸克和反夸克组成。τ是一种基本的非复合粒子，可以看成是非常重的电子。

原始的标准模型允许B介子衰变成正反τ轻子对，但是衰变几率太小，非常难观测到。但是最近提出的标准模型扩展理论预言这个衰变过程可能通过某种现在未知的力或粒子，以可能测量到几率衰变。所以BaBaR进行了此次实验。

位于美国斯坦福大学附近的斯坦福直线加速器中心（SLAC）建造的最终目的是为了研究为什么现在宇宙中占统治地位的是正物质，为什么宇宙大爆炸后遗留下来的反物质非常少。BaBaR探测器环绕着一系列非常大的粒子加速器。电子和正电子束在其中已接近光速的速度头碰头相撞。碰撞过程中产生如B介子和反B介子，它们随后衰变成大量的其它粒子。BaBaR探测器可以记录下这些衰变粒子的轨迹、能量和电荷量。BaBaR实验组的科学家（来自世界范围内的超过70个研究单位的600名物理学家）根据这些数据重建出B介子的衰变过程。

该实验的新闻发言人、SLAC物理学家David MacFarlane说：“我们的结果显示，在90%的置信水平上，这个衰变过程发生的机率太小了，BaBaR无法探测到。我们的结果很重要，因为我们没有找到这个衰变过程意味着我们重新设置了可能的超出标准模型的新物理的界限。”

BaBaR实验组的物理学家们计算了B介子衰变的分支比。分支比的大小告诉了我们B介子衰变中产物为正反τ粒子的分支与其它衰变分支的相对大小。实验发现的结果是中性B介子衰变到正反τ粒子的分支比不超过0.0041。

这项研究发表在6月23日的《Physical Review Letter》杂志上。

科学家首次观测到B介子纯轻子衰变现象

科技日报东京8月1日电,

日本高能加速器研究机构(KEK)今天公布，由中国等13个国家参加的一个国际研究组(Belle)，利用被称之为B介子工厂的大型加速器(KEKB)进行实验，首次观测到伴随基本粒子中微子的B介子纯轻子衰变现象，B介子衰变到τ轻子和中微子两种粒子，衰变几率与基本粒子标准模型理论的预言相一致。研究小组认为，由于一些超出标准模型的理论，如超对称性和两黑格斯(Higgs)模型理论都可以修正该轻子道的衰变几率，因此，今后应进一步积累实验数据以进行更深入的研究，更精确地检验标准模型理论，探测可能存在的新物理现象和相互作用机制。

中微子几乎不与物质发生相互作用，因此被称为看不见的粒子。伴随着中微子产生的B介子纯轻子衰变现象的研究，对探寻新物理和新理论具有非常重要的意义。但是，由于纯轻子衰变道的衰变几率比较小，且通常的粒子探测器无法直接测到中微子的存在，事例的判选和重建都非常困难，存在很大的本底，因此科学家将该事例的筛选比喻为在柴草堆中找针。 研究小组利用高能加速器，详细观测了至2005年6月为止产生的4.5亿对B介子和反B介子的衰变过程，从中观察到17次B介子衰变为τ粒子和中微子现象。B介子有很多衰变类型，此次观测到的衰变现象为每一万次中有1.79次发生概率，符合标准理论预言的范围。

目前所知的实验实事都可以用粒子物理学理论体系的标准模型来解释，但是物理学界普遍认为，一定存在高出于目前标准模型理论的未知物理法则和物质相互作用机制。这一新物理法则最有力的候选者之一是“超对称性理论”，该理论预言存在有多个带电的和不带电的黑格斯(Higgs)粒子，而在标准模型理论中只有一个中性的黑格斯粒子。寻找黑格斯粒子和超对称性理论预言的新粒子将是即将在位于瑞士日内瓦的西欧核子研究中心(CERN)投入运行的大型强子对撞机(LHC)加速器上的首要物理目标。中国科学家也参加了这一研究项目。

中国科技大学张子平教授认为，日本的B介子工厂是目前国际上运行亮度最高、最稳定的加速器，Belle探测器的性能也是世界一流的，实验精度非常高，已取得了许多重要的物理成果。中国科学家为此做出了重要贡献，北京高能物理研究所、中国科技大学和北京大学的科学家在中性D介子混合的研究以及B到含J/ψ粒子的衰变道研究中都有出色研究成果。

中美科学家发现新粒子

中美科学家日前在北京正负电子对撞机上首次发现一个新粒子，分析研究已明确排除用任何已知粒子来解释这个粒子的可能性。

中国科学院高能物理研究所一位负责人介绍，最近在一项夸克物理研究项目中，中美科学家合作分析研究从北京正负电子对撞机和北京谱仪上得到的5800万个J粒子事例的数据时，发现了这个新的短寿命粒子。这个结果已在国际著名杂志《物理评论快报》上发表，并引起了国际高能物理界的高度重视。

J粒子发现于1974年，对它的衰变研究是寻找新粒子的理想场所。这个新粒子就是在分析J粒子衰变到质子反质子过程中找到的，它的整个过程是：J粒子衰变到光子和这个新粒子，这个新粒子再衰变到质子和反质子对。它的质量小于质子和反质子的质量之和。

中科院高能所负责人说，各种分析研究已经确认这是一个新的粒子，而且可能是几十年前由科学家费米和杨振宁预言的多夸克态粒子。夸克是一种组成质子的更小的粒子，一般的粒子由两三个夸克组成，而这个粒子可能由更多的夸克组成。这一新粒子和国际上其他实验新发现的多夸克态粒子一起，表明目前粒子物理的强相互作用理论还不能解释所有有关的实验事实。这些新粒子的发现已成为当前粒子物理研究的一个新热点，对粒子物理理论的发展具有重要意义。

目前，中外物理学家正对这个新粒子的性质和衰变特性从理论和实验上做更深入的研究和讨论。

始建于1984年的北京正负电子对撞机和与它相配套的大型通用探测器北京谱仪，1999年完成升级改造，每天获取的数据量提高3到4倍，数据质量良好，使中国在世界高能物理实验研究领域始终占有一席之地。

基本相互作用fundamental interaction

决定物质的结构和变化过程的基本的相互作用。近代物理确认各种物质之间的基本的相互作用可归结为 4种：引力相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。近代物理的观点倾向于认为 4种基本相互作用是统一的，物理学家正在为建立大统一理论超统一理论而努力。

引力相互作用

所 有 具有质量的物体之间的相互作用，表现为吸引力，是一种长程力，力程为无穷。其规律是牛顿万有引力定律，更为精确的理论是广义相对论。在4种基本相互作用中最弱，远小于强相互作用 、电磁相互作用和弱相互作用，在微观现象的研究中通常可不予考虑，然而在天体物理研究中起决定性作用。按照近代物理的观点，引力作用是通过场或通过交换场的量子实现的，引力场的量子称为引力子。

电磁相互作用

带电物体或具有磁矩物体之间的相互作用，是一种长程力，力程为无穷。宏观的摩擦力、弹性力以及各种化学作用实质上都是电磁相互作用的表现。其强度仅次于强相互作用，居四种基本相互作用的第二位。电磁作用研究得最清楚，其规律总结在麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式中，更为精确的理论是量子电动力学。量子电动力学是物理学的精确理论，按照量子电动力学，电磁相互作用是通过交换电磁场的量子（光子）而传递的，它能够很好地说明正反粒子的产生和湮没，电子、μ子的反常磁矩(见粒子磁矩)与兰姆移位等真空极化引起的细微电磁效应，理论计算与实验符合得非常好。电磁相互作用引起的粒子衰变称为电磁衰变。最早观察到的原子核的γ跃迁就是电磁衰变，其他还有如π0→γ+γ等。电磁衰变粒子的平均寿命为 10-16～10-20秒（s）。

电磁衰变electromagnetic decay

有一些介子和重子有相当大的电磁衰变几率。如中性的π介子几乎全部通过电磁作用衰变为两个光子或一个光子和一个正负电子对（见衰变分支比）。中性的Σ重子几乎全部衰变为Σ 重子和一个光子。由于电磁作用比弱作用强，电磁衰变的粒子的寿命比只能弱衰变的粒子的寿命短得多。

兰姆移位Lamb shift

显示氢原子和类氢离子能级不完全精确符合量子力学理论计算结果的重要实验事实。量子力学得出氢原子和类氢离子的能级是l简并的，例如 22P1/2和 22S1/2的能级是重合的，22D3/2和 22P3/2的能级是重合的。20世纪30年代已有人从氢光谱精细结构的精密测量中发现，理论和实验有微小的不能归之于实验误差的差异。1947年W.E.兰姆和R.C.雷瑟福用微波波谱方法测得22S1/2态比22P1/2态高出3.3米-1。兰姆移位的发现推动了量子电动力学的发展，同年H.A.贝特用量子电动力学的重正化方法计算了兰姆移位。兰姆移位的理论计算和实验测量不断得到改进，两者始终精准符合。兰姆移位和电子反常磁矩以及μ子反常磁矩的实验构成量子电动力学三大实验支柱。

弱相互作用

最早观察到的原子核的β衰变是弱作用现象。弱作用仅在微观尺度上起作用，其力程最短，其强度排在强相互作用和电磁相互作用之后居第三位。其对称性较差，许多在强作用和电磁作用下的守恒定律都遭到破坏（见对称性和守恒定律），例如宇称守恒在弱作用下不成立。弱作用的理论是电弱统一理论，弱作用通过交换中间玻色子薄Z0而传递。弱作用引起的粒子衰变称为弱衰变，弱衰变粒子的平均寿命大于10-13s。

强相互作用

最早认识到的质子、中子间的核力属于强相互作用，是质子、中子结合成原子核的作用力，后来进一步认识到强子是由夸克组成的，强作用是夸克之间的相互作用力。强作用最强，也是一种短程力。其理论是量子色动力学，强作用是一种色相互作用，具有色荷的夸克所具有的相互作用，色荷通过交换8种胶子而相互作用，在能量不是非常高的情况下， 强相互作用的媒介粒子是介子。强作用具有最强的对称性，遵从的守恒定律最多。强作用引起的粒子衰变称为强衰变，强衰变粒子的平均寿命最短，为10-20～10-24s，强衰变粒子称为不稳定粒子或共振态。