Izotopa spino

Barionoj formitaj el tri u, d aŭ s kvarkoj kun spino 3/2

Barionoj formitaj el tri u, d aŭ s kvarkoj kun spino 1/2

Izotopa spino aŭ kurte izospino estas unu el internaj kvantumaj nombroj, kiuj difinas kvanton de ŝargaj statoj de hadronoj. Ekzemple, protono kaj neŭtrono diferas je projekcio de izospino, dum ĝia absoluta valoro estas sama por ambaŭ nukleonoj. La lasta estas eco de izotopa senvarianteco de fortaj interagoj.

El vidpunkto de forta nuklea forto, protono kaj neŭtrono vere estas samaj, kaj ili havas multajn aliajn komunajn ecojn. Pro tio oni difinis modelon, laŭ kiuj ĉiu nuklono havas specialan vektoran valoron kun absoluta longo de 1/2. Ĝi havas du eblajn projekciojn al aksoj de t.n. izotopa spaco. Kiam la projekcio al akso z (I_z) estas +1/2, la nuklono estas protono, kaj kun −1/2 — neŭtrono. Tiun sistemon oni uzas en partikla fiziko, dum por nuklea fiziko oni nun uzas reversajn aksojn por ke suma projekcio de nukleo pli ofte estu pozitiva.

La nomo izotopa spino devenas de la fakto, ke la konduto de tiu ĉi valoro estis simila al jam konata eco, la spino. Ĝi vere ne signifas ion ajn krom tiu simileco. La termino estas enkondukita en 1932 far Werner Heisenberg.

La izotopa spino estas senŝanĝa dum ĉiuj influoj de forta nuklea forto, sed ŝanĝiĝas ĉe fortaj kaj elektromagnetaj interagoj. La efekto de konservo de izotopa spino helpas akiri proksimuman strukturon de nukleaj niveloj post reakcioj, en kiuj efektoj de aliaj fortoj krom forta nuklea forto estas malgrandaj.

Absoluta valoro de izospino I estas sama por ĉiuj hadronoj en izotopa multopo, kaj la nombro de hardonoj en tia multopo estas egala al 2I+1. Ĉiu hadrono en multopo havas propran valoron de projekcio I_z kaj propran ŝargon, sed ĉiuj aliaj kvantumaj nombroj (spino, pareco, bariona nombro, strangeco ktp) estas samaj. Ekzepmple izotopa duopo de nukleonoj (I=1/2) havas du membrojn: protono kaj neŭtrono kun I_z=±1. Izotopa triopo de pionoj $\pi ^{+},\pi ^{0},\pi ^{-}$ havas izospinon 1 kaj tri projekciojn: +1, 0, −1.

Moderna kompreno de Izotopa spino

Observoj de malmultepezaj barionoj (kreitaj el u-, d- kaj s-kvarkoj) kondutas al konkludo ke tiuj partikloj estas tiel similaj je fortaj interagoj ke ili povas esti diferaj statoj de sama partiklo. Laŭ modernaj modeloj de kvantuma kolordinamiko tio okazas ĉar u- kaj d-kvarkoj estas ege similaj je maso kaj havas samajn fortajn interagojn. Do, la partikloj el sama nombro de u- kaj d-kvarkoj ankaŭ havas preskaŭ samajn masojn kaj estas grupitaj kune. Ekzemple, delta-barionoj, barionoj kun spino 3/2, estas faritaj el mikso de tri u- kaj d-kvarkoj kaj estas rigardataj kiel unu grupo ĉar ili ĉiuj havas preskaŭ saman mason (proksimume 1232 MeV/c²) kaj interagas en preskaŭ sama maniero.

Tamen, ĉar u- kaj d-kvarkoj diferas je ŝargo (u-kvarko havas ŝargon de 2/3e, kaj d-kvarko de 1/3e) la kvar delta-barionoj havas diferajn ŝargojn: Δ⁺⁺ (uuu), Δ⁺ (uud), Δ⁰ (udd), Δ⁻ (ddd). Oni povas rigardi na ĉiuj kvar kiel statoj de sama partiklo. Izotopa spino estas la eco paralela al spino, kiun oni uzas por asocii projekcion I_z (ankaŭ iam skribata kiel I₃) al iu ŝarga stato. Por kvar delta-barionoj oni bezonas kvar projekciojn. Do, la absoluta valoro de isospino I estis elektita kiel 3/2, kaj la projekcioj I_z estas 3/2 por Δ⁺⁺, 1/2 por Δ⁺, -1/2 por Δ⁰ kaj -3/2 por Δ⁻.

Post invento de kvarka modelo, oni notis ke projekcio de izotopa spino havas rilaton kun kvarka enhavo de partikloj. Tiu rilato estas: I_z = 1/2(N_u − N_d) kie N_u kaj N_d estas, laŭorde, nombro de u- kaj d-kvarkoj.

Laŭ izotopa spino, la kvar delta-barionoj kaj du nukleonoj povas esti rigardataj kiel diferaj statoj de du bazaj partikloj. Laŭ kvarka modelo oni eĉ povas rigardi delta-barionoj kiel ekscitaj statoj de nukleonoj.