Изотопическая инвариантность

ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ, особая симметрия, присущая сильному взаимодействию частиц. Исходным пунктом для формулирования принципа изотопической инвариантности послужил установленный на опыте факт, что сильное взаимодействие между двумя нуклонами не зависит от их электрических зарядов. Гипотеза изотопической инвариантности ядерных сил (вместе с понятием изотопического спина) была высказана в 1936 году американскими физиками Б. Кассеном и Э. Кондоном как обобщение идей В. Гейзенберга, предложившего в 1932 рассматривать протон и нейтрон как два различных зарядовых состояния одной частицы - нуклона. Протон и нейтрон образуют изотопический дублет и представляют собой простейший пример изотопического мультиплета. Другие примеры изотопических мультиплетов: π-мезоны и Σ-гипероны, образующие изотопические триплеты. Все частицы одного изотопического мультиплета имеют одинаковый изотопический спин I, но разные проекции I₃ изотопического спина на воображаемую ось в изотопическом пространстве. На основе принципа изотопической инвариантности удаётся предсказать существование, массу и заряд новых частиц - недостающих элементов изотопического мультиплета.

Изотопическая  инвариантность имеет место и для составных систем адронов, т. е. для атомных ядер. Изотопический спин сложной системы складывается из изотопических спинов частиц, входящих в систему; при этом сложение производится по тем же правилам, что и для обычного спина. В кварковой модели изотопический спин адрона складывается из изотопических спинов входящих в него кварков, причём лёгкие (u, d) кварки образуют изодублет с I = ¹/₂ (для u-кварка I₃ =  + ¹/₂, для d-кварка I₃ = -¹/₂), а прочие кварки имеют нулевой изотопический спин.

Изотопическая  инвариантность означает сохранение в любом процессе сильного взаимодействия полного изотопического спина I системы и его проекции I₃, а также независимость вероятности процесса от I₃. Этот закон сохранения приводит к определённым соотношениям между вероятностями процессов (рассеяния, распада и рождения) для частиц, входящих в один изотопический мультиплет, а также к запрету некоторых реакций в процессах сильного взаимодействия.

В слабых и электромагнитных взаимодействиях принцип изотопической инвариантности не выполняется.

Лит.: Перкинс Д. Введение в физику высоких энергий. М., 1991; Окунь Л. Б. Физика элементарных частиц. 3-е изд. М., 2005.