原理简介

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理论发展

原理简介

反映自旋和宇称相同、质量相近而电荷数不同的几种粒子归属性质的量子数。

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同位旋是粒子的性质之一。实验表明，核力具有电荷无关性，质子和质子、中子和中子及质子和中子之间的核力是相同的，这说明就核力的性质而言，质子与中子之间没有区别，因此把质子和中子看成同一种粒子的两种不同状态。有些粒子（强子）质量很接近，但电量不同，每一组这样的粒子可以看做同一粒子处于不同的态。如质子、中子为两重态；π+、π0、π-为多重态等。为描述强子的多重态，引入一个称为同位旋的量子数I。在强相互作用过程中，I守衡；弱相互作用、电磁作用过程中，I不守衡。同一多重态的粒子同位旋相同。类比自旋的概念引入抽象的同位旋空间，质子和中子是同位旋I相同，同位旋第3分量I3不同的两种状态，由此可确定它们的同位旋I=1/2，质子的I3=1/2，中子的I3=－1/2，它们组成同位旋二重态，它们质量上的微小差异来自I3的不同，犹如自旋取向不同引起自旋-轨道耦合的微小能量差异。同样Σ±、Σ0组成同位旋三重态，它们的同位旋I=1，同位旋第三分量I3分别为±1和0。原子核的同位旋可由质子和中子的同位旋“合成”得到，强子的同位旋由组成强子的夸克的同位旋“合成”得到。强相互作用下系统的同位旋和同位旋第三分量均守恒。对于一组多重态的粒子数a，I=（a-1）/2。

目前对于同位旋的进一步认识是，强子的同位旋反映了组成强子的 u夸克和 d夸克之间的对称性。强相互作用的同位旋转动不变性反映了强相互作用与夸克的味无关性的一个方面的表现。强子的同位旋量子数I和I3可以由组成强子的u夸克和 d夸克的同位旋“合成”得到。

同位旋是模仿自旋的概念提出来的。一种将自旋与“常见物体”类比的方法是，考虑一个绕固定点转动的刚体杆，杆的一段连接在固定杆上。这种转动形成一个SO（3）群。将自旋的概念应用于电子这样的粒子上，恰当的对称性描述是SU（2）群，它与SO(3)群只有细微的不同。与一个自旋的陀螺要么顺时针转动要么逆时针转动类似，电子的自旋值也有限制，这些可以从某些原子光谱的分裂中看出来。

理论发展

由量子分子动力学通常应用的动量相关公式出发，引入同位旋自由度后得到了在量子分子动力学中可用于数值计算的同位旋依赖的动量相关作用，并用这个公式比较系统地研究了在它的作用下同位旋分馏比的入射道效应和它们的动力学机理。