Изоспин I − одна из квантовых характеристик (квантовых чисел) адронов, описывающая их симметрию относительно сильных взаимодействий. Зарядовая независимость ядерных сил привела к сохраняющемуся квантовому числу − изоспину. Ядерное взаимодействие нейтрона и протона в одинаковых квантовых состояниях одинаково и не зависит от заряда нуклона. Поэтому нейтрон и протон рассматривают как два состояния одной частицы - нуклона - с одним и тем же значением изоспина I = 1/2, но с разными значениями проекции изоспина (обозначают обычно I3 или Iz).
Протон | I = 1/2, I3 = +1/2>.
Нейтрон | I = 1/2, I3 = −1/2>.
Вектор изоспина
ведёт
себя так же, как вектор обычного спина, но в фиктивном зарядовом (изоспиновом)
пространстве. Атомное ядро, содержащее A нуклонов (Z протонов и N нейтронов)
имеет значение проекции изоспина I3 равное сумме проекций изоспинов
всех нуклонов
I3 = (Z − N)/2.
Полный изоспин ядра, состоящего из A нуклонов, равен векторной сумме изоспинов всех его нуклонов
Максимально возможное значение изоспина ядра I = A/2. Оно достигается в том случае, когда изоспины всех нуклонов параллельны друг другу. Так как длина вектора не может быть меньше длины любой его проекции, для изоспина ядра I возможны следующие значения
(N − Z)/2 < I < (N + Z)/2.
Из зарядовой независимости ядерного взаимодействия следует, что при повороте вектора изоспина в изоспиновом пространстве это взаимодействие не изменяется, т. е. система нуклонов инвариантна относительно поворотов в изопространстве. Третья проекция изоспина связана с измеряемой величиной – электрическим зарядом. Заряд нуклона qN
qN = e(1/2 + I3).
Изоспиновая симметрия имеет кварковую природу. Изоспиновым квантовым числом I = 1/2 характеризуются два самых легких кварка − u и d. Входя в состав сильновзаимодействующих частиц (протонов, нейтронов, пионов и других адронов), они определяют величину их квантового числа − изоспина.
См. также