¿Cómo es posible que una partícula subatómica particular se descomponga de dos o más formas diferentes?

Esto realmente no es un misterio, pero tampoco hay una respuesta fundamental más allá de la tautológica y profundamente insatisfactoria “es como es”.

Nuestra mejor teoría de la materia, el modelo estándar de física de partículas, es (paradójicamente) ni siquiera una teoría de partículas sino una teoría de campos cuánticos interactuantes. Debido a que estos son campos cuánticos, sus interacciones tienen lugar en unidades establecidas; Estas unidades son lo que percibimos como partículas. El modelo contiene varios campos que interactúan entre sí de diversas maneras.

¿Por que es esto entonces? Es posible que esa pregunta nunca tenga una respuesta satisfactoria. Pero como es así, hay (casi) siempre múltiples formas diferentes de pasar de un estado de partículas a otro. Algunas rutas son más probables que otras, pero al final, todas contribuyen.

Al final, sin embargo, el estado final de un proceso de descomposición, sin importar cómo se alcance, será el estado de menor energía que se pueda lograr mientras se cumplan las leyes de conservación. Por ejemplo, la carga eléctrica no se puede crear y no desaparece, por lo que incluso cuando una partícula cargada (por ejemplo, un muón) se descompone, la carga debe conservarse de alguna manera, y el producto final siempre será un electrón. Por supuesto, si hay suficiente energía disponible en el centro de masa, también se pueden producir pares adicionales de partículas-antipartículas, ya que solo requieren energía, no “consumen” ninguna otra cantidad conservada.

Algunos pueden y otros no. Todo lo que se requiere es que todas las leyes de conservación se mantengan en cada posible deterioro. Un neutrón libre solo puede descomponerse en un protón y un W-. El W- luego se descompone rápidamente en un electrón y un neutrino anti-electrón. No hay otra posibilidad que conserve energía, carga eléctrica y número de leptones.

En el caso de partículas mucho más masivas, hay muchas posibilidades de cosas menos masivas para conservar energía, y cualquiera de estas que conserve la carga eléctrica, el momento angular, el número de barión y el número de leptón sucederá con cierta frecuencia.

Como suele ser el caso con los sistemas cuánticos, solo las frecuencias de los posibles eventos son predecibles.

Todos morimos, pero de muchas maneras diferentes. Una persona dada tiene diferentes probabilidades de morir de varias maneras diferentes; finalmente uno es seleccionado por el destino. Lo mismo para las partículas.