Ізотопічний спін

Ізотопічний спін або ізоспін — квантове число, що дозволяє трактувати елементарні частинки із близькими значеннями мас і схожими властивостями щодо взаємодії, як стани однієї спільної родинної частинки.

Ізотопічний спін позначається зазвичай літерою I.

Наприклад, близькі за масою протон і нейтрон утворюють дублет станів нуклона. Ізотопічний спін для дублета дорівнює 1/2. При цьому протону приписується проекція ізотопічного спіну +1/2, а нейтрону -1/2.

Відповідним чином піони складють триплет, а тому ізотопічний спін для них дорівнює 1.

Загалом ізотопічний спін описується оператором, аналогічним оператору спіна, який діє в уявному ізотопічному просторі. Якщо частинки взаємодіяли тільки через сильну взаємодію, то напрямок координатних осей у цьому просторі жодним чином не був би зв'язаний із будь-якою іншою характерстикою. Коли окрім сильної взаємодії присутня ще й електромагнітна взаємодія, то енергія частинки змінюється. Проекція одної із компонент ізопопічного спіна на вибраний напрямок у ізотопічному просторі залежить від заряду частинки. Саме тому протон має ізотопічний спін 1/2, а нейтрон -1/2.

Загалом для вираження зв'язку між ізотопічним спіном і зарядом існує формула Гелл-Манна - Нісідзіми

$q = e\left(I_3 + \frac{1}{2}Y\right)$,

де e — елементарний заряд, $I_3$ — проекція ізотопічного спіна, а число Y — одинакове для всієї родини частинок. Це число назають гіперзарядом. Для нуклонів гіперзаряд дорівнює 1.

Поняття ізоспіна запровадив Вернер Гайзенберг у 1932 році для пояснення симетрії нейтрона.

Джерела

• Фрауэнфельдер Г.., Хенли Э. Субатомная физика. — Москва : Мир, 1979.