Изоспин нуклонов и ядер

Как основное, так и возбужденные состояния ядер, помимо энергии, спина и чётности, характеризуются квантовыми числами, которые называются изоспином и проекцией изоспина. (В литературе эти квантовые числа обозначаются обычно символами Т₇. или I_z).

Изотопический спин (изоспин) — внутренняя характеристика (квантовое число), определяющая число зарядовых состояний адронов. В частности, протон и нейтрон (нуклоны) различаются значением проекции изоспина, тогда как абсолютные значения их изоспина одинаковы. Последнее выражает свойство изотопической инвариантности сильного взаимодействия.

С точки зрения взаимодействия, протон и нейтрон являются одинаковыми частицами, а многие другие свойства у них также близки. Любой нуклон обладает изотопическим спином, равным ½, у которого есть две возможные «проекции» в особом изотопическом пространстве. Когда проекция изотопического спина 1_г равна +½, то нуклон становится протоном, а когда -½ — нейтроном. Такое поведение изотопического спина выглядит естественным с точки зрения квантовой механики, поскольку в её арсенале уже есть квантовое число с аналогичными свойствами — спин.

Изоспин сохраняется во всех процессах, обусловленных сильным взаимодействием, однако нарушается в слабом и электромагнитном взаимодействии. Сохранение изоспина в сильных взаимодействиях позволяет вычислять сечения реакций и предсказывать структуру ядерных уровней в случаях, когда эффекты несохраняющих изоспин взаимодействий малы.

Введение

этих квантовых чисел связано с тем фактом, что ядерные силы инвариантны относительно замены протонов на нейтроны. Это особенно ярко проявляется в спектрах т.н. «зеркальных» ядер, т. е. ядеризобар, у которых число протонов одного равно числу нейтронов другого (например, спектры ядер ^1:*С и ^N). Для всех известных пар таких ядер имеет место подобие спектров низших возбужденных состояний: спины и чётности низших состояний одинаковы, а энергии возбуждения близки.

Таким образом, характеристиками уровней конкретного ядра являются энергия, спин состояния, чётность состояния и изоспин.