Изотопическая инвариантность
Изотопическая инвариантность (от Шаблон:Lang-lat — неизменяющийся) — свойство сильных взаимодействий элементарных частиц.
Существующие в природе частицы, обладающие сильными взаимодействиями (адроны), можно разбить на группы «похожих» частиц, в каждую из которых входят частицы с примерно равными массами и одинаковыми внутренними характеристиками (спином, барионным зарядом, странностью), за исключением электрического заряда. Такие группы называют изотопическими мультиплетами. Оказывается, что сильное взаимодействие для всех частиц, входящих в один и тот же изотопический мультиплет, одинаково, то есть не зависит от электрического заряда, — в этом и состоит симметрия сильных взаимодействий, называемая изотопической инвариантностью.
Простейший пример частиц, которые могут быть объединены в один изотопический мультиплет, — протон (p) и нейтрон (n). 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 изотопической инвариантности. Протон и нейтрон рассматриваются как два разных зарядовых состояния одной частицы — нуклона; они образуют изотопический дублет.
Электрический заряд частицы, входящей в изотопический мультиплет, выражается формулой Гелл-Мана — Нисидзимы: . Здесь — барионный заряд, — странность (одинаковые для всех частиц в данном изотопическом мультиплете), а величина пробегает с интервалом в единицу все значения от некоторого максимального значения (целого или полуцелого) до минимального, равного . Общее число значений, которые может принимать величина (и ) для данного изотопического мультиплета, а следовательно, и число частиц в изотопическом мультиплете, равно . Величина, , определяющая число частиц в изотопическом мультиплете, называется изотопическим спином, а величина — «проекцией» изотопического спина. Эти названия основаны на формальной математической аналогии с обычным спином частиц, поскольку, согласно квантовой механике, для частиц со спином проекция спина на произвольное направление в пространстве может принимать через единицу значения от до то есть иметь значений.