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 $Q$ частицы, входящей в изотопический мультиплет, выражается формулой Гелл-Мана — Нисидзимы: $Q=B/2+S/2+I_{3}$. Здесь $B$ — барионный заряд, $S$ — странность (одинаковые для всех частиц в данном изотопическом мультиплете), а величина $I_{3}$ пробегает с интервалом в единицу все значения от некоторого максимального значения $I$ (целого или полуцелого) до минимального, равного $-I:I_{3}=I,I-1,...,-I$. Общее число значений, которые может принимать величина $I_{3}$(и $Q$) для данного изотопического мультиплета, а следовательно, и число частиц в изотопическом мультиплете, равно $2I+1$. Величина, $I$, определяющая число частиц в изотопическом мультиплете, называется изотопическим спином, а величина $I_{3}$ — «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 $-J$ то есть иметь $2J+1$ значений.

Литература

• Изотопическая инвариантность : [арх. 21 октября 2022] / 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 (рус.). — 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.