1原理簡介

反映自旋和宇稱相同、質量相近而電荷數不同的幾種粒子歸屬性質的量子數。

2詳細內容

同位旋是粒子的性質之一。實驗表明,核力具有電荷無關性,質子和質子、中子和中子及質子和中子之間的核力是相同的,這說明就核力的性質而言,質子與中子之間沒有區別,因此把質子和中子看成同一種粒子的兩種不同狀態。有些粒子(強子)質量很接近,但電量不同,每一組這樣的粒子可以看做同一粒子處於不同的態。如質子、中子為兩重態;π+、π0、π-為多重態等。為描述強子的多重態,引入一個稱為同位旋的量子數I。在強相互作用過程中,I守衡;弱相互作用、電磁作用過程中,I不守衡。同一多重態的粒子同位旋相同。類比自旋的概念引入抽象的同位旋空間,質子和中子是同位旋I相同,同位旋第3分量I3不同的兩種狀態,由此可確定它們的同位旋I=1/2,質子的I3=1/2,中子的I3=-1/2,它們組成同位旋二重態,它們質量上的微小差異來自I3的不同,猶如自旋取向不同引起自旋-軌道耦合的微小能量差異。同樣Σ±、Σ0組成同位旋三重態,它們的同位旋I=1,同位旋第三分量I3分別為±1和0。原子核的同位旋可由質子和中子的同位旋「合成」得到,強子的同位旋由組成強子的夸克的同位旋「合成」得到。強相互作用下系統的同位旋和同位旋第三分量均守恆。對於一組多重態的粒子數a,I=(a-1)/2。
目前對於同位旋的進一步認識是,強子的同位旋反映了組成強子的 u夸克和 d夸克之間的對稱性。強相互作用的同位旋轉動不變性反映了強相互作用與夸克的味無關性的一個方面的表現。強子的同位旋量子數II3可以由組成強子的u夸克和 d夸克的同位旋「合成」得到。
同位旋是模仿自旋的概念提出來的。一種將自旋與「常見物體」類比的方法是,考慮一個繞固定點轉動的剛體桿,桿的一段連接在固定桿上。這種轉動形成一個SO(3)群。將自旋的概念應用於電子這樣的粒子上,恰當的對稱性描述是SU(2)群,它與SO(3)群只有細微的不同。與一個自旋的陀螺要麼順時針轉動要麼逆時針轉動類似,電子的自旋值也有限制,這些可以從某些原子光譜的分裂中看出來。

3理論發展

由量子分子動力學通常應用的動量相關公式出發,引入同位旋自由度后得到了在量子分子動力學中可用於數值計算的同位旋依賴的動量相關作用,並用這個公式比較系統地研究了在它的作用下同位旋分餾比的入射道效應和它們的動力學機理。

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