Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Изотопическая инвариантность

Изотопическая инвариантность (далее И) свойство сильных взаuмoдействий элементарных частиц. Существующие в природе частицы, обладающие сильными взаимодействиями (адроны), можно разбить на группы "похожих" частиц, в каждую из которых входят частицы с примерно равными массами и одинаковыми внутренними характеристиками (спином, барионным зарядом, странностью), за исключением электрического заряда. Такие группы называются изотопическими мультиплетами. Оказывается, что сильное взаимодействие для всех частиц, входящих в один и тот же изотопический мультиплет, одинаково, т. е. не зависит от электрического заряда, - в этом и состоит симметрия сильных взаимодействий, называемая И

  Простейший пример частиц, которые могут быть объединены в один изотопический мультиплет, - протон (р) и нейтрон (n). Опыт показывает, что сильное взаимодействие протона с протоном, нейтрона с нейтроном и протона с нейтроном одинаково (если они находятся соответственно в одинаковых состояниях); это послужило исходным пунктом для установления И Протон и нейтрон рассматриваются как два разных зарядовых состояния одной частицы - нуклона; они образуют изотопический дублет. Другие примеры изотопических мультиплетов: пи-мезоны (p+, p0, p-) и -гипероны (+, °, -), образующие изотопические триплеты.

  Электрический заряд Q частицы, входящей в изотопический мультиплет, выражается формулой Гелл-Мана - Нишиджимы:



Здесь В - заряд, - странность (одинаковые для всех частиц в данном изотопическом мультиплете), а величина 3 пробегает с интервалом в единицу все значения от некоторого максимального значения (целого или полуцелого) до минимального, равного - : 3 = , - 1, ..., - . Общее число значений, которые может принимать величина 3Q) для данного изотопического мультиплета, а следовательно, и число частиц в изотопическом мультиплете, равно 2 + 1. Величина , определяющая число частиц в изотопическом мультиплете, называется изотопическим спином, а величина 3 - "проекцией" изотопического спина. Эти названия основаны на формальной математической аналогии с обычным спином частиц, поскольку, согласно квантовой механике, для частиц со спином J проекция спина на произвольное направление в пространстве может принимать через единицу значения от + J до - J, т. е. иметь 2J + 1 значений.

  Так как нуклоны существуют в двух зарядовых состояниях, то для них (как и для всех других частиц, входящих в изотопические дублеты) 2 + 1 = 2, т. е. = 1/2 а 3 может принимать два значения: + 1/2 для протона (что соответствует Q = + 1, так как у нуклонов заряд = 1, а странность = 0) и - 1/2 для нейтрона (Q = 0). Изотопическому триплету пионов соответствует = 1, а 3 равно + 1 для p+, 0 для p° и - 1 для p -.Частицы с = 0 не имеют изотопических "партнеров" и являются изотопическими синглетами; к таким частицам относятся, например, гипероны L0 и -.

  Изотопический спин является, таким образом, важной характеристикой адрона - квантовым числом, показывающим, какое количество изотопических "партнеров" имеет данная частица (или в каком числе зарядовых состояний она может находиться).

  На основе И удается предсказать существование, массу и заряды новых частиц, если известны их изотопические "партнеры". Так было предсказано существование p°, °, X° по известным p+, p - ; +, - и X - .

  И имеет место и для составных систем из адронов, в частности для ядер. Изотопический спин сложной системы складывается из изотопических спинов входящих в систему частиц, при этом сложение производится по тем же правилам, что и для обычного спина. Так, система из двух частиц с изотопическими спинами 1/2 (например, нуклон) и 1 (например, p-мезон) может иметь изотопический спин  = 1 + 1/2 = 3/2 или = 1 - 1/2 = 1/2.

  В ядрах И проявляется в существовании уровней энергии с одинаковыми квантовыми числами для различных изобаров (т. е. для ядер, содержащих одинаковое число нуклонов и отличающихся электрическим зарядом). Примером служат ядра 146С, 147, 148: основное состояния ядер 14С, 14О и первое возбужденное состояние 14 образуют изотопический триплет, = 1 (см. рис.). Все квантовые числа этих уровней одинаковы, а различие в их энергиях можно объяснить разницей электростатических энергий из-за различия в электрических зарядах этих ядер. (Основной уровень 14 имеет изотопический спин = 0, поэтому у него нет аналогов в ядрах 14 и 14.)

  Из И следует закон сохранения полного изотопического спина в процессах, обусловленных сильными взаимодействиями. Этот закон приводит к определенным соотношениям между вероятностями процессов для различных частиц, входящих в одинаковые изотопические мультиплеты, а также к запрету некоторых реакций (например, реакция d + d R 4 + p° не может происходить за счет сильных взаимодействий, так как для d (дейтрона) и 4 = 0, а для p°-мезона = 1). Экспериментальной проверке таких предсказаний посвящено много работ на ускорителях заряженных частиц высокой энергии.

  И имеет место только для сильных взаимодействий и нарушается электромагнитными взаимодействиями (явно зависящими от электрических зарядов частиц, т. е. от 3), "сила" которых по порядку величины составляет примерно 1% от сильных взаимодействий. Различие электромагнитных взаимодействий для разных частиц, входящих в один и тот же изотопический мультиплет, и обусловливает различие в их массах.

  Лит. см. при ст. Элементарные частицы.

  С. С. Герштейн.


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 28.06.2022 21:17:55