В физике элементарных частиц и ядерной физике доля ветвления (или коэффициент ветвления ) распада — это доля частиц, которые распадаются по индивидуальному режиму распада, или по отношению к общему числу распадающихся частиц. Это относится либо к радиоактивному распаду атомов , либо к распаду элементарных частиц . [1] Он равен отношению частичной постоянной затухания к общей постоянной затухания . Иногда указывается частичный период полураспада , но этот термин вводит в заблуждение; из-за конкурирующих режимов неверно, что половина частиц распадется через определенный режим распада после его частичного периода полураспада . Частичный период полураспада — это просто альтернативный способ указать константу частичного распада λ , причем они связаны следующим образом:
Например, для распадов 132 Cs 98,1% составляют ε ( электронный захват ) или β + ( позитронный ) распады, а 1,9% — β− ( электронные ) распады. Константы частичного распада можно рассчитать по доле ветвления и периоду полураспада 132 Cs (6,479 дней), они составляют: 0,10 d -1 (ε + β + ) и 0,0020 d -1 (β - ). Частичные периоды полураспада составляют 6,60 дней (ε + β + ) и 341 день (β - ). Здесь очевидна проблема с термином «частичный период полураспада»: через (341+6,60) дней распадутся почти все ядра , а не только половина, как можно было первоначально подумать.
К изотопам со значительным разветвлением режимов распада относятся медь-64 , мышьяк-74 , родий-102 , индий-112 , йод-126 и гольмий-164 .
В области атомной, молекулярной и оптической физики доля ветвления относится к вероятности распада на определенные более низкие энергетические состояния из некоторого возбужденного состояния. Предположим, мы осуществили переход в атомной системе в возбужденное состояние |e⟩ , которое может распасться либо на основное состояние |g⟩ , либо на долгоживущее состояние |d⟩ . Если вероятность распада (доля ветвления) в состояние |g⟩ равна , то вероятность распада в другое состояние |d⟩ будет . [2] Дальнейшие возможные распады будут разделены соответствующим образом, и их вероятности в сумме будут равны 1.
В некоторых случаях вместо доли ветвления используется коэффициент ветвления. В этом случае коэффициент ветвления — это просто отношение долей ветвления между двумя состояниями. Если использовать наш предыдущий пример, если доля ветвления в состояние |g⟩ равна , то коэффициент ветвления, сравнивающий скорости перехода в |g⟩ и |d⟩, будет .
Доли ветвления можно измерить различными способами, включая регистрацию флуоресценции атома с временным разрешением во время серии перемещений населения в соответствующих состояниях. [3] [2]
Примерная процедура измерения трехуровневой Λ- системы, которая включает основное состояние |g⟩ , возбужденное состояние |e⟩ и долгоживущее состояние |d⟩ , выглядит следующим образом:
Сначала подготовьте все атомы в основном состоянии. Затем включается лазер накачки, который управляет переходом между основным состоянием и возбужденным состоянием, а фотоумножитель (ФЭУ) используется для подсчета «синих фотонов», излучаемых во время перехода. Запишите подсчитанный синий фотон как N.
Каждый раз, когда атом переходит в возбужденное состояние, он имеет вероятность распада до долгоживущего состояния. Следовательно, пока включен лазер накачки, все больше и больше атомов окажется в долгоживущем состоянии, где с ними не сможет справиться охлаждающий лазер.
После того, как все атомы перейдут в состояние |d⟩ , примените лазер перенакачки, который управляет переходом между |d⟩ и |e⟩ . Во время этого процесса каждый атом излучает один синий фотон. Обозначим количество синих фотонов, испускаемых во время этого процесса, как n .
Тогда доля ветвления для |e⟩, распадающегося до |g⟩, равна
