Вероятность распада — это вероятность того, что частица претерпит конкретный процесс распада в течение заданного времени.Вероятность распада — это вероятность того, что нестабильная частица или квантовое состояние претерпит конкретный процесс распада в течение заданного интервала времени. В квантовой механике распад по своей природе вероятностен: возбуждённый атом, радиоактивное ядро или нестабильная элементарная частица не имеют определённого «времени жизни», а лишь вероятность распада в единицу времени. Эта вероятность определяется скоростью перехода, которую часто вычисляют с помощью золотого правила Ферми, зависящего от силы взаимодействия, вызывающего распад, и плотности доступных конечных состояний. Это понятие является фундаментальным для ядерной физики, физики элементарных частиц и квантовой оптики, где оно объясняет явления от радиоактивности до спонтанного излучения.
Вероятностная природа распада была установлена в начале XX века в работах Резерфорда и Содди по радиоактивному распаду (1902), которые эмпирически обнаружили экспоненциальный закон. Квантово-механическое объяснение было развито Дираком (1927) и позже формализовано Ферми (1950) в его золотом правиле, которое остаётся стандартным инструментом для расчёта скоростей распада.
Для системы в начальном состоянии |i⟩ вероятность распада в конечное состояние |f⟩ в единицу времени задаётся скоростью перехода Γ = (2π/ℏ) |⟨f|H'|i⟩|² ρ(E_f), где H' — возмущающее взаимодействие, а ρ(E_f) — плотность конечных состояний. Полная вероятность распада за время t тогда равна P(t) = 1 − exp(−Γt), при условии постоянства Γ. Такое экспоненциальное поведение возникает, когда распад является марковским — система не помнит своего прошлого. Вероятность распада измеряется путём приготовления множества одинаковых частиц и подсчёта того, сколько из них распадается в последовательные интервалы времени, что даёт характерную экспоненциальную кривую распада.
Вероятность распада используется в радиоуглеродном датировании, при проектировании ядерных реакторов, в экспериментах по физике элементарных частиц (например, при измерении каналов распада бозона Хиггса) и в квантовых вычислениях для предсказания времён релаксации кубитов и оптимизации коррекции ошибок.
Вероятность распада отдельной частицы постоянна в единицу времени, но если за ней непрерывно наблюдать, квантовый эффект Зенона может подавить распад — частые измерения могут заморозить частицу в начальном состоянии.
