ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ

ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ свойство сильных взаимодействий элементарных частиц.
Существующие в природе частицы, обладающие сильными взаимодействиями (адроны),можно
разбить на группы "похожих" частиц, в каждую из к-рых входят частицы с
примерно равными массами и одинаковыми внутр. характеристиками (сяиком,
барионным зарядом, странностью), за исключением электряч. заряда. Такие
группы наз. изотопическими мультиплетами. Оказывается, что сильное взаимодействие
для всех частиц, входящих в один и тот же изотопич. мультиплет, одинаково,
т. е. не зависит от электрич. заряда,- в этом и состоит симметрия сильных
взаимодействий, наз. И. и.

Простейший
пример частиц, к-рые могут быть объединены в один изотопич. мультиплет,-
протон (р) и нейтрон (п). Опыт показывает, что 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 И. и. Протон и нейтрон рассматриваются как два
разных зарядовых состояния одной частицы - нуклона; они образуют изотопич.
дублет. Др. примеры изотопич. мультиплетов: пи-мезоны
и, образующие изотопич.
триплеты.

Электрич. заряд
Q частицы, входящей в изотопич. мультиплет, выражается формулой Гелл-Мана
- Нишиджимы:

Здесь В - барионный
заряд, S - странность (одинаковые для всех частиц в данном изотопич. мультиплете),
а величина /з пробегает с интервалом в единицу все значения от нек-poro
макс, значения I (целого или полуцелого) до минимального, равного -I: II-1, ...,-I. Общее число значений, к-рые может принимать величина /з (и
Q) для данного изотопич. мультиплета, а следовательно, и число частиц в
изотопич. мультиплете, равно 2I + 1. Величина I, определяющая число частиц
в изотопич. мультиплете, наз. изотопическим спином, а величина I- "проекцией" изотопич. спина. Эти названия основаны на формальной математич.
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,т. е. иметь 2J + 1 значений.

T. к. нуклоны
существуют в двух зарядовых состояниях, то для них (как и для всех др.
частиц, входящих в изотопич. дублеты) 2I + 1 = 2, т. е. I = 1/2, а Iз может
принимать два значения: +1/2 для протона (что соответствует Q= +1, т. к.
у нуклонов барионный заряд B = I, а странность S=O) и -¹Ii для
нейтрона (Q=O). Изотопич. триплету пионов соответствует I = I, a Iравно +1 для, О для
и -1 для. Частицы с I =
0 не имеют изотопич. "партнёров" и являются изотопич. синглетами; к таким
частицам относятся, напр., гипероны

Изотопич. спин
является, т. о., важной характеристикой адрона - квантовым числом, показывающим,
какое количество изотопич. "партнёров" имеет данная частица (или в каком
числе зарядовых состояний она может находиться).

На основе И.
и. удаётся предсказать существование, массу и заряды новых частиц, если
известны их изотопич. "партнёры". Так было предсказано существование
по известным,

И. и. имеет
место и для составных систем из адронов, в частности для атомных ядер.
Изотопич. спин сложной системы складывается из изотопич. спинов входящих
в систему частиц, при этом сложение производится по тем же правилам, что
и для обычного спина. Так, система из двух частиц с изотопич. спинами 1/2
(напр., нуклон) и 1 (напр.,-мезон)
может иметь иэотопич. спин I = 1+1/2 = = 3/2 ИЛИ I = I-1/2 = 1/2.

В ядрах И.
и. проявляется в существовании уровней энергии с одинаковыми квантовыми
числами для различных изо-баров (т. е. для ядер, содержащих одинаковое
число нуклонов и отличающихся электрич. зарядом). Примером служат ядра
¹⁴¹⁴¹⁴14C , ¹⁴O
и первое возбуждённое состояние ¹⁴N образуют изотопич. триплет,
I = 1 (см. рис.). Все квантовые числа этих уровней одинаковы, а различие
в их энергиях можно объяснить разницей электростатич. энергий из-за различия
в электрич. зарядах этих ядер. (Осн. уровень ¹⁴N имеет изотопич.
спин I == 0, поэтому

у него нет
аналогов в ядрах ¹⁴C и ¹⁴O.) Из И. и. следует закон
сохранения полного изотопич. спина I в процессах, обусловленных сильными
взаимодействиями. Этот закон приводит к определённым соотношениям между
вероятностями процессов для различных частиц, входящих в одинаковые изотопич.
мультипле-ты, а также к запрету некоторых реакций [напр., реакция
не может происходить за счёт сильных взаимодействий, т. к. для d (дейтрона)
и ¹He I=0, а для-мезона
I=1]. Экспериментальной проверке таких предсказаний посвящено мн. работ
на ускорителях заряженных частиц высокой энергии.

И. и. имеет
место только для сильных взаимодействий и нарушается электромагнитными
взаимодействиями (явно зависящими от электрич. зарядов частиц, т. е. от
1з), "сила" к-рых по порядку величины составляет примерно 1% от сильных
взаимодействий. Различие электромагнитных взаимодействий для разных частиц,
входящих в один и тот же изотопич. мультиплет, и обусловливает различие
в их массах.

Лит. см. при
ст. Элементарные частицы. . С. С. Герштейн.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я