isospinsymmetriske

Isospinsymmetri er en tilnærmet symmetri i den stærke interaktion, der gør det muligt at betragte up- og down-quark som to tilstande af en enkelt partikel med forskellig isospinorientering. Symmetrien beskrives matematisk som SU(2) flavor-symmetri, hvor isospin I er et kvantetal, og I3 er dens tredje komponent. Up-quarken har I3 = +1/2, down har I3 = −1/2.

Historie og betydning: Isospin blev indført af Werner Heisenberg i begyndelsen af 1930’erne for at forklare ligheden mellem protoner og neutroner under de stærke interaktioner. Senere viste man, at hadroner kommer i multipletter med fælles isospin, f.eks. nukleonerne udgør en dobbelt: proton og neutron (I = 1/2), mens pionstriplet er I = 1.

Konsekvenser og brud: I teorien er den stærke interaktion invariant under isospinrotationer, hvilket betyder, at stærke processer er ens, hvis up- og down-tilstandene udskiftes inden for samme multiplet. I praksis er isospinsymmetrien kun cirka perfekt, fordi up- og down-quarken har lidt forskellige masser, og fordi elektromagnetiske kræfter bryder symmetrien. Massesplitninger som m_n ≈ 939 MeV og m_p ≈ 938 MeV samt forskelle mellem de opladede pioner π± og den neutrale pion π0 illustrerer bruddet.

Relation til bredere symmetrier: Isospin er en undergruppe af den generelle flavor-SU(3) symmetri og er central i hadronspektroskopi og i nuklear fysik. Amplituder og reaktioner kan klassificeres efter total isospin eller I3, hvilket giver nyttige selektionsregler for stærke processer. Isospin bruges også i lattice QCD og i modeller af nukleon-nukleon-interaktioner.