изотопическая инвариантность

ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ ядерных сил - состоит в том, что в ядерных взаимодействиях протон и нейтрон можно рассматривать как 2 состояния одной частицы (нуклона), отличающиеся проекцией T_z изотопического спина Т (T_z=+¹/₂ и Т_z=-¹/₂). И. и.- частный случай общего свойства изотопической инвариантности сильного взаимодействия. И. и. даёт возможность приписывать определ. значения изоспина Т разл. состояниям ядра, причём изоспин ядра складывается из изоспинов отд. нуклонов по тем же правилам, что и обычный спин, и может принимать значения от ^l/₂(N-Z)до ¹/₂ (N+Z), где N и Z - числа нейтронов и протонов в ядре. Как правило, осн. состояние ядра имеет мин. изоспин ¹/₂(N-Z). И. и. проявляется в существовании изотопич. мультиплетов, или аналоговых состояний, у лёгких ядер с одинаковым числом нуклонов А (изобары). Эти состояния относятся к разным ядрам, но имеют одинаковую структуру и одинаковые квантовые числа (спин I, чётность p, изоспин Т), а их энергии отличаются лишь за счёт энергии кулоновского взаимодействия и разности масс протона и нейтрона. Пример изотопич. мультиплета - триплет состояний с T=1; осн. состояния ¹⁴С и ¹⁴O и первое возбуждённое состояние ¹⁴N. Из И. и. следует закон сохранения изоспина в ядерных реакциях. Напр., в реакции ¹⁶O+²Н''^l4N+⁴He, где изоспин ядер ¹⁶О, ²Н и ⁴Не равен 0, вероятность возбуждённого состояния ¹⁴N* (2, 31 МэВ) с Т=1 составляет доли % от вероятности образования осн. состояния ¹⁴N с Т=0. И. и. нарушается за счёт эл--магн. взаимодействия нуклонов, зависящего от заряда частиц (т. е. от проекции Т_z изоспина), сила к-рого составляет ~1% от сильного взаимодействия. В лёгких ядрах эффекты эл--магн. взаимодействия малы и их можно рассматривать как поправки, приводящие гл. обр. к небольшим различиям в энергиях уровней ядер, принадлежащих одному изотопич. мультиплету. В тяжёлых ядрах кулоновское поле (~20 МэВ) сравнимо со ср. полем ядерного взаимодействия и изоспин перестаёт быть хорошим (сохраняющимся) квантовым числом. Тем не менее для низколежащих состояний тяжёлых ядер большие кулоновские силы слабо нарушают изотопич. симметрию, проявляющуюся в наличии резонансов, к-рые можно интерпретировать как аналоговые состояния, нестабильные относительно распада с испусканием нуклонов (рис.).

Уровни ядра ¹¹⁷₅₁Sb₆₆, основное состояние которого имеет Т=15/2; группа уровнейс Т=17/2, наблюдаемых как резонансы в реакциях упругого рассеяния: ¹¹⁶₅₀Sn(p, p'), является изобарическим аналогом низколежащих уровней ядра ¹¹⁷₅₀Sn. Разница в энергии между состояниями с T_z=17/2 и Т_z=15/2, принадлежащих мультиплету с T=17/2, обусловлена разностью кулоновских энергий DE_кул=13,8 МэВ и различием масс протона М_p и нейтрона М_n; E_p- энергия налетающих протонов.

И. и. нарушается также из-за разности масс и констант связи заряженных и нейтральных частиц, в частности пионов, обмен к-рыми ответствен за сильное взаимодействие нуклонов (на кварковом уровне - из-за разности масс и- и d-кварков). В ряде случаев это приводит к большим наблюдаемым эффектам. Напр., разница длин рр- и np-рассеяний в синглетном состоянии составляет 5,860,1 Фм при значении длины рр-рассеяния 17,9 Фм. Велика предсказательная сила И. и., напр., из факта отсутствия связанных уровней в синглетном состоянии системы пр следует их отсутствие и в системах nn, рр и т. п. Лит.: Бор О., Моттельсон Б., Структура атомного ядра, пер. с англ., т. 1, М., 1971; Легкие и промежуточные ядра вблизи границ нуклонной стабильности, М., 1972 В. М. Колыбасов.

   <<      Предметный указатель      >>