ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Принцип изотопической инвариантности ядерных сил из "Экспериментальная ядерная физика. Т.2 " Одинаковый характер ядерных взаимодействий между двумя протонами, между двумя нейтронами и между нейтроном и протоном (в синглетном состоянии) свидетельствует о глубоком сходстве прогона с нейтроном, которые в некотором смысле могут даже считаться тождественными частицами. Остановимся на этом вопросе подробнее. [c.52] Сходство нуклонов этим не ограничивается. Сравнение свойств легких ядер-изобар, проведенное в т. I, 33, показало, что они группируются в зарядовые мультиплеты с близкими характеристиками. В особенности четкая картина получается для легких зеркальных ядер, которые зачастую имеют по нескольку идентичных уровней. [c.53] Б связи с этим особую ценность имеют результаты опытов по изучению элементарных процессов рассеяния нуклона на нуклоне, так как в этих опытах зарядовая независимость ядерных сил (в случае ее существования) должна проявляться непосредственно, т. е. в форме равенства этих сил, соответствующих им потенциалов и сечений рассеяния. Одним из таких результатов и является экспериментальное доказательство тождественности (я—я)-, (р—р - и (л—/з)-взаимодействий в Sq- o-стояниях. [c.53] Согласно этой гипотезе, взаимодействие любой пары нуклонов р—р, п—п, п—р) между собой должно быть одинаковым не только в so-состоянии, для которого это доказано, но и в любом другом состоянии. [c.54] Вся совокупность имеющихся в настоящее время экспериментальных данных о взаимодействии между нуклонами согласуется (с точностью до кулоновского взаимодействия) с гипотезой зарядовой независимости ядерных сил. Более того, область применения этой -гипотезы распространяется на любые явления, относящиеся к сильным взаимодействиям. Кроме свойств атомных ядер, о которых речь уже шла, зарядовая независимость проявляется, например, также в свойствах я- и /С-мезонов и гиперонов, причем и здесь не было обнаружено ни одного явления, противоречащего этой гипотезе. [c.54] В связи с этим возникает необходимость ввести удобный способ описания зарядовой независимости ядерных сил, пригодный для любых проявлений сильного взаимодействия. Оказывается, что можно сделать с помощью введенного в т. I, 3 понятия изотопического спина (изоспина) Т, которое естественным образом распространяется с нуклонов на все другие частицы, участвующие в сильных взаимодействиях . [c.54] Напомним, что квантовомеханический вектор изотопического опина Т вводится в формальном вспомогательном пространстве с условными осями I, т], которое называется изотопическим. Тождественность ядерных свойств протона и нейтрона отмечается одинаковым значением для них вектора Т. Различие протона и нейтрона в обычном понимании (по массе, заряду, магнитному моменту) связьгвают с различием проекций вектора Т на ось t. [c.54] Согласно общему правилу, квантовомеханический вектор Т имеет 2Т+1 проекций. Так как существуют две разновидности нуклонов — протон и нейтрон, то вектор Т, характеризующий нуклон, должен иметь две проекции (27 +1=2), т. е. он должен быть равен Т=1/2. Проекция вектора Т на ось равная 7 = Ц-1/2, соответствует протону, проекция Т = —1/2 — нейтрону. Нейтрон и протон являются членами зарядового (или изотопического) ну- Лонного дублета. [c.54] С помощью понятия изотопического спина может быть построена удобная формальная схема взаимодействия нуклонов. [c.54] Рассмотрим, например, взаимодействие между собой двух нейтронов, двух протонов и нейтрона с протоном н запишем для этих случаев значение полного вектора изотопического спина, его проекции и величины суммарного электрического заряда. [c.55] Будем руководствоваться обычными правилами сложения квантовых векторов с учетом величин их проекций. Согласно этим правилам, при сложении двух квантовомеханических векторов, каждый из которых равен V2, возможны два значения суммы О и 1. Однако если проекция суммарного вектора равна 1, то из двух значений для суммарного вектора остается возможным только одно, а именно 1 . В соответствии с этим р—р)- и (и—/г)-взаимодействия описываются суммарным изотопическим ОПИНОМ Т=1 (табл. 4). [c.55] Для случая ( — )-взаимодействия, когда проекция суммарного вектора изотопического спина равна нулю, возможны оба значения вектора изотопического спина Т=0 и Т=1. Можно сказать, что ( —р)-взаимодействие имеет вдвое больше состояний, чем (п—п)- или (р—р)-взаимодействие. Одно из этих состояний характеризуется значением полного изотопического спина Т=1, другое Т = 0. [c.55] Ситуация здесь такая же, как у нейтрона и протона, которые имеют одинаковые значения Т = 1 /2 и разные проекции Т = —1/2 и (Г р—-j-1/2. Кроме трех тождественных взаимодействий с Т=1 существует еще (л—р)-взаимодействие с Т=0 (соответствующее связанному состоянию дейтона), которое отличается, как показывает опыт, от п—/з)-взаимодействия с Т= 1. [c.56] Отсюда видно, что в соответствии с описываемой формальной схемой характер взаимодействия между двумя нуклонами определяется только абсолютной величиной вектора изотопического спина и не зависит от величины его проекции, т. е. от поворота осей изотопического пространства . Это свойство ядер-ного взаимодействия называется изотопической инвариантностью. Изотопическая инвариантность является прямым следствием зарядовой независимости ядерных сил. Точнее говоря, изотопическая инвариантность — это выражение зарядовой независимости в изотопическом пространстве. Естественно, чго изотопическая инвариантность существует с точностью до кулоновского взаимодействия. [c.56] Поворот осей приводит к изменению проекции Т , т. е. к замене протона нейтроном или наоборот. [c.56] Закон сохранения изотопического спина также является следствием определенной симметрии законов природы. Он отражает свойство изотопической инвариантности, т. е. симметрии ядерного взаимодействия относительно поворота осей изотопического пространства, которое, таким образом, предполагается изотропным. [c.57] Закон сохранения изотопического спина (как и всякий закон сохранения) приводит к определенным запретам при рассмотрении возможных взаимодействий. Мы видели, например,, что он позволяет считать различными взаимодействия нейтрона с протоном при Т = 0 и Т=1. Связанная система (дейтон) характеризуется значением Т = 0, в то время как значению Т=1 соответствует виртуальная система, свойства которой тождественны (с точностью до кулоновского взаимодействия) свойствам еще двух систем с Т=1 п—п и р—р (изотопический триплет) . [c.57] В дальнейшем мы встретимся с другими примерами запретов,, накладываемых законом сохранения изотопического спина, (см., например, 13, п. 9). [c.57] Легко убедиться в том, что в ядерном взаимодействии всегда сохраняется не только вектор изотопического спина Т, но и его проекция 1. [c.57] Электромагнитное взаимодействие нарушает изотопическую инвариантность. Изотопический спин не сохраняется в электромагнитных взаимодействиях. Однако соотношение (5.21) и законы сохранения электрического и ядерного зарядов остаются справедливыми и для них. Поэтому проекция изотопического спина сохраняется также и в электромагнитных взаимодействиях. [c.58] Вернуться к основной статье