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Isospin

  描述强子内部性质的一种量子数。质子 (p)和中子(n)除电荷不同造成的差异外,性质非常相似。关于“镜像核”(即质子数与中子数互换的一对核)激发能级的实验表明,当略去核子之间的电磁相互作用时,p-p的强相互作用能与n-n的相等,此即核力的电荷无关性。从低能散射实验中还得到对于电荷无关性的其他证据。这意味着,对于强相互作用来说,质子和中子是完全相同的,可以把它们看成是一种粒子──核子的两种状态。质子和中子的这种内部对称性质可以用同位旋──一种与普通空间中的自旋类似的内部对称量子数来描述:核子的同位旋2007120323071027-01.gif,I沿第三轴的分量I3可取2007120323071027-02.gif2007120323071027-03.gif ,分别对应质子和中子。或者说,质子和中子是一个同位旋二重态。原子核的同位旋可以由质子和中子的同位旋“合成”得到,称作同位旋多重态。与相互作用在普通空间的转动不变性保证能级与角动量的第三分量取值无关类似,强相互作用在同位旋空间的转动不变性将导致能级与同位旋的第三分量取值无关。因此核力的电荷无关性正是强相互作用的同位旋转动不变性的结果。同位旋转动不变性保证同位旋守恒。由于电荷与I3有关,电磁相互作用不具有同位旋空间的转动不变性并因而破坏同位旋守恒。弱相互作用也破坏同位旋守恒。同一同位旋多重态中的质量差异是由电磁作用和弱作用引起的。除质子、中子及由它们组成的原子核外,其他强子也都具有确定的同位旋,都以同位旋多重态的形式出现。强相互作用的同位旋转动不变性对于所有强子都是成立的。

  目前对于同位旋的进一步认识是,强子的同位旋反映了组成强子的u夸克2007120323081027-04.gif2007120323081027-05.gifd夸克 之间的对称性。强相互作用的同位旋转动不变性反映了强相互作用与夸克的无关性的一个方面的表现。强子的同位旋量子数I和I3可以由组成强子的u夸克和d夸克的同位旋“合成”得到(见强子结构)。

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