中子=質子???什麼是,同位旋?

同位旋是將旋轉不變性擴展的一個抽象的數學空間從而得到的一個物理量。

這個概念最早由德國物理學家海森堡提出,

中子=質子???什麼是,同位旋?

他當時認為中子和質子幾乎沒有區別,質量也差不多,其實差了一點兒(質子的靜質量是 938.3MeV,中子的是 939.6MeV)。

如果不考慮電磁相互作用,它倆幾乎是同一種粒子,自旋都是 1/2,質量也差不多。

然後海森堡類比於自旋提出了同位旋,將質子和中子認為是同一種粒子狀態的不同同位旋態。

類似於同一種粒子狀態的不同自旋態。也就是自旋的二重態,自旋的第三分量不同,一個是1/2,一個是-1/2。

但是如果在電磁相互作用中,自旋態的能級會發生分裂。

類似的,同位旋也是這樣,因為同位旋的第三分量不同,一個是1/2,一個是-1/2。但是如果在電磁相互作用中,同位旋態的能級會發生分裂,也就是質子1/2和中子-1/2。所以就造成了質子和中子具有不同的電荷狀態也就是一個帶電,一個不帶電。

這種就稱為同位旋二重態,因為把質子和中子當做同一種粒子處於兩種不同的電荷態。

相類似的,還有三重態,也就是三種電荷狀態,比如π介子,他也有三種電荷狀態,分別為:π0,π+,π-。

但是在強相互作用下並且不考慮電磁相互作用,質子和中子在同位旋變換下不變,也就是具有互換的不變的對稱性。

也就是說,有兩對原子核,雖然他們還得有的質子和中子的數目不一樣,但是他們總數目是一樣的,而且是相反的。比如說一個原子核,含有三個質子,四個中子,而另一個原子核恰恰相反,含有四個質子,三個中子。

這這對原子核,我們就稱之為鏡像原子核。

在強相互作用下,我們將這兩個原子核系統內部的中子還有質子互換的話,那麼整個原子核體系不會有任何變化。也就是說,我們互換中子,還有質子,整個體系不會發生任何變化,具有某種對稱性,而這種對稱性就稱之為同位旋對稱性。

同位旋,你就當做在一個抽象的數學空間內的旋轉,同樣,自旋也是一樣。

類比,所以說它可以跟自旋用一樣的數學群,SU(2)。

它的出現只是說明在強相互作用下,質子和中子具有互換下的對稱性跟它的電荷無關。


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