粒子衰变

粒子衰变是一基本粒子变成其他基本粒子的自发过程。在这个过程中，一基本粒子变成质量更轻的另一种基本粒子，及一中间粒子，例如μ子衰变中的W玻色子。这中间粒子随即变成其他粒子。如果生成的粒子不稳定，那么衰变过程还会继续。

粒子衰变这种过程，与放射性衰变不一样，后者为一不稳定的原子核，变成一更小的原子核，当中还伴随着粒子或辐射的发射。

注意本条目使用自然单位，即

所有数值均来自粒子数据小组：

把一粒子的平均寿命标记为${\displaystyle \mathrm{\tau <!--\; \tau \; -->}}$后仍生还（即未衰变）的概率为

设一粒子质量为，则衰变率可用下面的通用公式表示

相空间可由下式所得，

作为例子，一粒子衰变成三粒子时的相空间元如下：

一粒子的四维动量又叫其不变质量。

一粒子的四维动量平方，定义为其能量平方与其三维动量平方间的差（注意从这开始，采用的单位都能满足光速等于1这项条件）：

两粒子的四维动量平方为

在所有衰变及粒子相互作用中，四维动量都必须守恒，因此始态_i 与终态_f 的关系为

设母粒子质量为，衰变成两粒子（标记为1和2），那么四维动量的守恒条件则为

整理可得，

然后取左右两边的平方

现在要用的正是四维动量的定义——方程(1)，展开各2 得

若进入母粒子的静止系，则

将上述两式代入方程(2)得：

整理后得粒子于母粒子静止系中的能量公式，

同样地，粒子2在母粒子在静止系中的能量为

可得

先把${\displaystyle E_1^2=m_1^2+{\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{p}}_1^2}$ ，衰变成两粒子，标记为1和2。那么在母粒子的静止系中，

另外，用球坐标表示则为

已知二体衰变的相空间元（见上文#衰变率一节，=2），得母粒子参考系中的衰变率为：