|
|
б
Ш
о о
120
будет сохраняться. При этом слабый заряд адронов аддитивно складывается из слабых зарядов кварков и не зависит от структуры конкретного адрона, определяемой сильным взаимодействием. Др. следствием изовек-торвой структуры слабого векторного тока является совпадение слабого векторного формфактора с изовек-торной .частью эл.-магн. формфактора.
Нарушение изотопической инвариантности. Изотопич. симметрия явилась первым примером т. п. нарушенной симметрии. Ещ╦ при обнаружении изотопич. симметрии было ясно, что она должна нарушаться эл.-магп. взаимодействиями, зависящими от электрич. зарядов адронов (или третьей компоненты иэоспина) и, следовательно, яеинвариантнымн относительно вращений в изотопич. пространстве. Поэтому можно было ожидать нарушения И. и. на уровне 10~2≈10~3, что в общем соответствует эксперим. данным. Однако гипотеза о том, что нарушение И. и. полностью обусловливается лишь эл.-магн. взаимодействиями, приводила к ряду трудностей. В частности, было трудно объяс-цить, почему масса нек-рых нейтральных адронов (напр., нейтрона, Кя-мезона) больше (а не меньше) массы их варяж. изотопич. партн╦ров (протона, К + -меао-на)т хотя для последних определ, положит, вклад в массу должна давать собств. эл.-магн. (кулоиовская) энергия. Ответ был получен после создания кварковой модели адронов и заключения о том, что масса d-кварка на 2≈3 МэВ больше массы ц-кварка. Это заключение было сделано для т. п. токовых кварков. Поскольку наблюдаемый спектр адронов объясняется их строением из конституен'лшх {валентных) кварков с массами та^т.£щ(3╧≈350) МэВ, гипотеза «утяжелении» d-кварка на (2≈3) МэВ по сравнению с ы-кварком объясняет как различие масс адронов внутри одного и того же изотоппч. мультиплета, так и масштаб нарушения И. и., к-рый оказывается на уровне, вызываемом эл.-магн. взаимодействиями. [Напр., указанным различием масс и- и d-кварков количественно объясняется вероятность запрещ╦нного по G-ч╦тности (и, следовательно, но изоспину) распада т)' -± Зл;0.]
Экспериментально установлено, что изотопич. симметрия является частью более широкой нарушенной симметрии SU(3), а изотопич. мультиплеты входит в состав унитарных мультиплетов SU(3), включающих странные частицы. Масштаб нарушения S£f (З)-симмот-рии определяется тем, что масса странного кварка на 120≈150 МэВ больше массы и-, d-кварков и может составлять 20≈30%, Для более тяж╦лых с-, Ь- и т. д. кварков различия в массах с u-7 d~, я-кварками настолько велики, что симметрия полностью нарушается и оста╦тся лишь подобие в классификации адронных состояний на основе их кваркового строения. Возможно, однако, что симметрия между кварками разл. типов (ароматов) восстанавливается на очень малых расстояниях (т, о. при достаточно высоких энергиях) в тех явлениях, где можно пренебречь массами кварков. Поскольку не выяснен механизм, обусловливающий разности масс кварков разл. ароматов, близость масс и- и ^-кварков, на к-рой основана изотопич. симметрия, представляется «случайной», связанной скорее всего с тем, что оба соответствующих токовых кварка ≈ л╦гкие (практически безмассовые).
Лит.: Ш в е б р р С., Введение в релятивистскую квантовую теорию поля, пер. с англ., М., 1963; Нишиджима К., Фундаментальные частицы, пер. с англ,, М., 1965; Окунь Л. Б., Лептоны и кварки, М., 1981.
С. С. Гергитейн, А. А. Компр,
ИЗОТОПИЧЕСКАЯ ИНВАРИАНТНОСТЬ ядерных с и л ≈ состоит в том, что в ядерных взаимодействиях протон и нейтрон можно рассматривать как 2 состояния одной частицы (нуклона), отличающиеся проекцией Тг изотопического спина Т (Т^^-г1/^ и Тг ≈ ≈1/2). И. и,≈ настныи случай общего свойства изотопической инвариантности сильного взаимодействия. И. и. да╦т возможность приписывать определ. значения изоспина Т разл. состояниям ядра, прич╦м изоспип ядра склады-
вается из изоспинов отд. нуклопов по тем же правилам, что и обычный спин, и может принимать значения от lfz(N^Z) Д° Vat^V+Z), где N и Z ≈ числа нейтронов и протонов в ядре. Как правило, осн. состояние ядра имеет мин. изоспин l/z(N≈2).
И. и. проявляется в существовании изотопич. мультиплетов, или аналоговых состояний, у л╦гких ядер с одинаковым числом нуклонов А (изобары). Эти состоя-иия относятся к разным ядрам, но имеют одинаковую структуру и одинаковые квантовые числа (спин /, ч╦тность л, изоспин Т1), а их энергии отличаются лишь за сч╦т энергии кулоновского взаимодействия и разности масс протона и нейтрона. Пример изотопич. мультиплета ≈ триплет состояний с Г=1; осн. состояния 14С и 140 и первое возбужд╦нное состояние 14N.
Из И. и. следует закон сохранения изоспина в ядерных реакциях. Напр., в реакции 160-f-2H -v 14N-f-4He, где изоспип ядер 160, 2Н и 4Не равен 0, вероятность возбужд╦нного состояния 14N* (2, 31 МэВ} с Т~1 составляет доли % от вероятности образования осн. состояния 14N с Т1≈0.
И. и. нарушается за сч╦т эл.-магн. взаимодействия нуклонов, зависящего от заряда частиц (т. е. от проекции Tz изосиина), сила к-рого составляет ~1% от сильного взаимодействия. В л╦гких 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 тяж╦лых ядрах кулоноиское поле (~20 МэВ) сравнимо со ср. полем ядерного взаимодействия и изоспин переста╦т быть хорошим (сохраняющимся) квантовым числом. Тем не менее для пизколежа-щих состояний тяж╦лых ядер большие кулоновские
/ /2
Уровни ядра *51ЙЬвв* основное состояние которого имеет Г = = 15/2; группа уровней с Т= 17/2, наблюдаемых как резонансы в реакциях упругого рассеяния:
1gySn(p, р'), является изобарическим аналогом низко лежащих уровней ядра ggSn. Разница в Р
энергии между состояниями с !>-17/2 и Гг=15/2, принадлежащих мультиплету сТ= 17/2, обусловлена разностью кулонов-
ских энергий Д£ л=13,8МэВ
и различием масс протона М
и нейтрона Мп; £р≈ энергия
налетающих протонов.
силы слабо нарушают пзотопич. симметрию, проявляющуюся в наличии резонансов, к-рые можно интерпретировать как аналоговые состояния, нестабильные относительно распада с испусканием нуклонов (рис.),
И. и. нарушается также из-за разности масс и констант связи заряженных к 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 аффектам. Напр., разница длин рр- и np-рассеяний в сикглетном состоянии составляет 5,8=tO,l фм цри значении длины ppjiac-сеягшя 17,9 Фм. **
Велика иредсказательная сила И. и., напр., из факта отсутствия связанных уровней в синглетном состоянии системы пр следует их отсутствие и в системах пп, рр и т. тт.
Лит.; Бор О., Мотгельсон Б., Структура атомного ядра, пер. с англ., т, 1, М., 1971; Легкие и промежуточные ядра вблизи границ купленной стабильности, М,, 1972,
_^ В. М. Колыбасов.
ИЗОТОПИЧЕСКИЙ МУЛЬТИПЛ╗Т ≈ семейство адронов, одинаковым образом участвующих в сильном взаимодействии, имеющих приблизительно равные массы, одни и те же барионное число, спин, ч╦тность, странность и др. квантовые числа и отличающихся только
