Изотопический спин.

Оказывается, что сильно взаимодействующие частицы (адроны), весьма близкие по своим физическим свойствам, можно разбить на группы, называемые изотопическими мультиплетами (дублеты, триплеты и т.д.). В каждом мультиплете частицы одинаковым образом участвуют в сильных взаимодействиях, имеют примерно равные массы и одинаковые барионный заряд, спин, внутреннюю четность, странность, отличаясь друг от друга электрическим зарядом. В отсутствии электромагнитных и слабых взаимодействий все свойства таких частиц были бы одинаковыми.

Эту по существу независимость от электрических зарядов называют изотопической (или зарядовой) независимостью сильных взаимодействий. Так, протон и нейтрон объединяют в изотопический дублет. Эти две частицы рассматриваются как различные квантовые состояния одной и той же частицы – нуклона. Изотопические триплеты – это, например, (p^-, p⁰, p⁺) и (S^- , S⁰, S⁺). Существуют и одиночные частицы, не входящие в мультиплеты, их называют синглетами (h-мезон, L- и W-гипероны).

По аналогии с обычным спином каждому зарядовому мультиплету приписывают определенное значение изотопического спина (изоспина) T. Значение T выбирают так, чтобы 2 T + 1 было равно числу частиц в мультиплете. Отдельным частицам мультиплета приписывают различные значения T_z – проекции изоспина на ось Z в воображаемом изотопическом пространстве. Причем, частице с большим электрическим зарядом – большее значение T_z . Например, для нуклонов T = ½, у протона T_z = +1/2, у нейтрона T_z =-1/2; для p-мезонов T = 1, тогда для p^-, p⁰, p⁺ соответственно T_z = -1, 0, +1.

С изоспином связан закон сохранения. При сильных взаимодействиях сохраняется как изоспин T, так и его проекция. При электромагнитных – только T_z , сам же изоспин T не сохраняется. Слабые взаимодействия протекают как правило с изменением изоспина T.

Понятие изоспина оказалось весьма плодотворным. На основании изотопической инвариантности удается предсказать существование, массу и заряд новых частиц. Именно так были предсказаны существование и свойства частиц p⁰, S⁰, X⁰ по известным p^±, S^± и X^±. В заключении можно отметить, что понятие изоспина плодотворно используется не только по отношению к элементарным частицам, но и к атомным ядрам.