La vraisemblance qu'une particule subisse une transformation spécifique en d'autres particules dans un temps donné.La probabilité de désintégration est la vraisemblance qu'une particule instable ou un état quantique subisse un processus de désintégration spécifique dans un intervalle de temps donné. En mécanique quantique, la désintégration est intrinsèquement probabiliste : un atome excité, un noyau radioactif ou une particule élémentaire instable n'a pas de « durée de vie » définie mais plutôt une probabilité par unité de temps de se désintégrer. Cette probabilité est régie par le taux de transition, souvent calculé à l'aide de la règle d'or de Fermi, qui dépend de la force de l'interaction provoquant la désintégration et de la densité des états finaux disponibles. Ce concept est fondamental en physique nucléaire, en physique des particules et en optique quantique, où il explique des phénomènes allant de la radioactivité à l'émission spontanée.
La nature probabiliste de la désintégration a été établie au début du XXe siècle avec les travaux de Rutherford et Soddy sur la désintégration radioactive (1902), qui ont découvert empiriquement la loi exponentielle. L'explication en mécanique quantique a été développée par Dirac (1927) puis formalisée par Fermi (1950) dans sa règle d'or, qui reste l'outil standard pour calculer les taux de désintégration.
Pour un système dans un état initial |i⟩, la probabilité de désintégration vers un état final |f⟩ par unité de temps est donnée par le taux de transition Γ = (2π/ℏ) |⟨f|H'|i⟩|² ρ(E_f), où H' est l'interaction perturbatrice et ρ(E_f) la densité des états finaux. La probabilité totale de désintégration sur un temps t est alors P(t) = 1 − exp(−Γt), en supposant Γ constant. Ce comportement exponentiel apparaît lorsque la désintégration est markovienne — le système n'a pas de mémoire de son passé. La probabilité de désintégration est mesurée en préparant de nombreuses particules identiques et en comptant combien se désintègrent dans des intervalles de temps successifs, ce qui donne la courbe de désintégration exponentielle caractéristique.
La probabilité de désintégration est utilisée dans la datation au carbone 14, la conception des réacteurs nucléaires, les expériences de physique des particules (par exemple, la mesure des canaux de désintégration du boson de Higgs) et en informatique quantique pour prédire les temps de relaxation des qubits et optimiser la correction d'erreurs.
La probabilité de désintégration d'une particule unique est constante par unité de temps, mais si vous l'observez en continu, l'effet Zénon quantique peut supprimer la désintégration — des mesures fréquentes peuvent figer la particule dans son état initial.
