Изотопическая инвариантность
Изотопическая инвариантность (от лат. invarians, invariantis — неизменяющийся) — свойство сильных взаимодействий 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 называют изотопическими мультиплетами. Оказывается, что сильное взаимодействие для всех частиц, входящих в один и тот же изотопический мультиплет, одинаково, то есть не зависит от электрического заряда, — в этом и состоит симметрия сильных взаимодействий, называемая изотопической инвариантностью.
Простейший пример частиц, которые могут быть объединены в один изотопический мультиплет, — протон (p) и нейтрон (n). 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 изотопической инвариантности. Протон и нейтрон рассматриваются как два разных зарядовых состояния одной частицы — нуклона; они образуют изотопический дублет.
Электрический заряд [math]\displaystyle{ Q }[/math] частицы, входящей в изотопический мультиплет, выражается формулой Гелл-Мана — Нисидзимы: [math]\displaystyle{ Q = B/2+S/2 + I_3 }[/math]. Здесь [math]\displaystyle{ B }[/math] — барионный заряд, [math]\displaystyle{ S }[/math] — странность (одинаковые для всех частиц в данном изотопическом мультиплете), а величина [math]\displaystyle{ I_3 }[/math] пробегает с интервалом в единицу все значения от некоторого максимального значения [math]\displaystyle{ I }[/math] (целого или полуцелого) до минимального, равного [math]\displaystyle{ -I: I_3= I, I-1, ... , -I }[/math]. Общее число значений, которые может принимать величина [math]\displaystyle{ I_3 }[/math](и [math]\displaystyle{ Q }[/math]) для данного изотопического мультиплета, а следовательно, и число частиц в изотопическом мультиплете, равно [math]\displaystyle{ 2I+1 }[/math]. Величина, [math]\displaystyle{ I }[/math], определяющая число частиц в изотопическом мультиплете, называется изотопическим спином, а величина [math]\displaystyle{ I_3 }[/math] — «проекцией» изотопического спина. Эти названия основаны на формальной математической аналогии с обычным спином частиц, поскольку, согласно квантовой механике, для частиц со спином [math]\displaystyle{ J }[/math] проекция спина на произвольное направление в пространстве может принимать через единицу значения от [math]\displaystyle{ +J }[/math] до [math]\displaystyle{ -J }[/math] то есть иметь [math]\displaystyle{ 2J + 1 }[/math] значений.
Литература
- Изотопическая инвариантность / Трусов М. А. // Излучение плазмы — Исламский фронт спасения [Электронный ресурс]. — 2008. — С. 30. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 11). — ISBN 978-5-85270-342-2.
- Изотопическая инвариантность // Казахстан. Национальная энциклопедия. — Алматы: Қазақ энциклопедиясы, 2005. — Т. II. — ISBN 9965-9746-3-2. (CC BY-SA 3.0)
При написании этой статьи использовался материал из издания «Казахстан. Национальная энциклопедия» (1998—2007), предоставленного редакцией «Қазақ энциклопедиясы» по лицензии Creative Commons BY-SA 3.0 Unported.