La probabilidad de que una partícula sufra una transformación específica en otras partículas dentro de un tiempo dado.La probabilidad de desintegración es la probabilidad de que una partícula inestable o un estado cuántico sufra un proceso de desintegración específico en un intervalo de tiempo dado. En mecánica cuántica, la desintegración es inherentemente probabilística: un átomo excitado, un núcleo radiactivo o una partícula elemental inestable no tiene una 'vida media' definida, sino una probabilidad por unidad de tiempo de desintegrarse. Esta probabilidad está gobernada por la tasa de transición, a menudo calculada mediante la regla de oro de Fermi, que depende de la fuerza de la interacción que causa la desintegración y de la densidad de estados finales disponibles. El concepto es fundamental para la física nuclear, la física de partículas y la óptica cuántica, donde explica fenómenos que van desde la radiactividad hasta la emisión espontánea.
La naturaleza probabilística de la desintegración se estableció a principios del siglo XX con el trabajo de Rutherford y Soddy sobre la desintegración radiactiva (1902), quienes encontraron empíricamente la ley exponencial. La explicación mecánico-cuántica fue desarrollada por Dirac (1927) y posteriormente formalizada por Fermi (1950) en su regla de oro, que sigue siendo la herramienta estándar para calcular tasas de desintegración.
Para un sistema en un estado inicial |i⟩, la probabilidad de desintegración a un estado final |f⟩ por unidad de tiempo viene dada por la tasa de transición Γ = (2π/ℏ) |⟨f|H'|i⟩|² ρ(E_f), donde H' es la interacción perturbadora y ρ(E_f) es la densidad de estados finales. La probabilidad total de desintegración en un tiempo t es entonces P(t) = 1 − exp(−Γt), suponiendo una Γ constante. Este comportamiento exponencial surge cuando la desintegración es markoviana: el sistema no tiene memoria de su pasado. La probabilidad de desintegración se mide preparando muchas partículas idénticas y contando cuántas se desintegran en intervalos de tiempo sucesivos, lo que produce la curva de desintegración exponencial característica.
La probabilidad de desintegración se utiliza en la datación por radiocarbono, el diseño de reactores nucleares, experimentos de física de partículas (por ejemplo, medir los canales de desintegración del bosón de Higgs) y en computación cuántica para predecir los tiempos de relajación de los qubits y optimizar la corrección de errores.
La probabilidad de desintegración de una partícula individual es constante por unidad de tiempo, pero si la observas continuamente, el efecto Zeno cuántico puede suprimir la desintegración: las mediciones frecuentes pueden congelar la partícula en su estado inicial.
