中子=质子???什么是,同位旋?

同位旋是将旋转不变性扩展的一个抽象的数学空间从而得到的一个物理量。

这个概念最早由德国物理学家海森堡提出,

中子=质子???什么是,同位旋?

他当时认为中子和质子几乎没有区别,质量也差不多,其实差了一点儿(质子的静质量是 938.3MeV,中子的是 939.6MeV)。

如果不考虑电磁相互作用,它俩几乎是同一种粒子,自旋都是 1/2,质量也差不多。

然后海森堡类比于自旋提出了同位旋,将质子和中子认为是同一种粒子状态的不同同位旋态。

类似于同一种粒子状态的不同自旋态。也就是自旋的二重态,自旋的第三分量不同,一个是1/2,一个是-1/2。

但是如果在电磁相互作用中,自旋态的能级会发生分裂。

类似的,同位旋也是这样,因为同位旋的第三分量不同,一个是1/2,一个是-1/2。但是如果在电磁相互作用中,同位旋态的能级会发生分裂,也就是质子1/2和中子-1/2。所以就造成了质子和中子具有不同的电荷状态也就是一个带电,一个不带电。

这种就称为同位旋二重态,因为把质子和中子当做同一种粒子处于两种不同的电荷态。

相类似的,还有三重态,也就是三种电荷状态,比如π介子,他也有三种电荷状态,分别为:π0,π+,π-。

但是在强相互作用下并且不考虑电磁相互作用,质子和中子在同位旋变换下不变,也就是具有互换的不变的对称性。

也就是说,有两对原子核,虽然他们还得有的质子和中子的数目不一样,但是他们总数目是一样的,而且是相反的。比如说一个原子核,含有三个质子,四个中子,而另一个原子核恰恰相反,含有四个质子,三个中子。

这这对原子核,我们就称之为镜像原子核。

在强相互作用下,我们将这两个原子核系统内部的中子还有质子互换的话,那么整个原子核体系不会有任何变化。也就是说,我们互换中子,还有质子,整个体系不会发生任何变化,具有某种对称性,而这种对称性就称之为同位旋对称性。

同位旋,你就当做在一个抽象的数学空间内的旋转,同样,自旋也是一样。

类比,所以说它可以跟自旋用一样的数学群,SU(2)。

它的出现只是说明在强相互作用下,质子和中子具有互换下的对称性跟它的电荷无关。


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