Б

Гипотеза зарядовой независимости ядерных сил

олее подробный квантовомеханический анализ экспериментов по (p – p)- и (n – p) –рассеянию показывал, что ядерное (без учета кулоновского) взаимодействие двух протонов тождественно ядерному взаимодействию нейтрона с протоном в синглетном состоянии (с противоположно ориентированными спинами). Более того, сравнение свойств легких ядер-изобаров, в особенности, легких зеркальных ядер, показывало, что они группируются в зарядовые мультиплеты с близкими характеристиками. Это свидетельствовало о глубоком сходстве протона с нейтроном, которые, в определенном смысле, могли даже считаться тождественными частицами. Действительно, нейтрон превосходил по массе протон лишь на 2,5m_e, спины обеих частиц равнялись ½, обе частицы входили в состав атомных ядер и были способны к сильному (ядерному) взаимодействию. Таким образом, единственное различие между ними заключалось в наличии электрического заряда у протона.

Все это позволило Г. Брейту, Э. Кондону, Н. Кеммеру и Р. Презенту выдвинуть в 1936 году гипотезу о зарядовой независимости ядерных сил, в соответствии с которой сильное (без учета кулоновского) взаимодействие между любыми двумя нуклонами (т.е. протон-протонное, нейтрон-нейтронное и протон-нейтронное взаимодействия), находящимися в одинаковом пространственном и спиновом состояниях, должно быть одинаковым. Справедливость гипотезы зарядовой независимости ядерных сил была подтверждена множеством последующих экспериментов по более глубокому изучению взаимодействий между нуклонами.

Заметим, что еще в 1932 году В. Гейзенберг ввел понятие изотопического спина в качестве формального математического приема. Развивая мысль Гейзенберга, Б. Кассен и Э. Кондон в 1936 году выдвинули идею квантового числа, соответствующего полному изотопическому спину.

Квантовомеханический вектор изотопического спина вводился в формальном 3-мерном изотопическом пространстве с условными осями , , . Исходя из тождественности ядерных свойств протона и нейтрона, им приписывалось одинаковое значение изоспина. Различие между протоном и нейтроном по электрическому заряду (а значит, и по способности участвовать в электромагнитных взаимодействиях) описывалось с помощью различных проекций вектора на ось . По причине существования лишь двух разновидностей нуклонов – протона и нейтрона – проекция вектора на ось  должна была принимать лишь два значения: T₃ =  ½. Значение T₃ = ½ было приписано протону, а T₃ = –½ – нейтрону. По аналогии с формализмом обычного спина это означало, что изотопическому спину нуклонного дублета следует приписать значение ½.

В 1937 году Ю. Вигнер указал на связь изотопического спина с зарядовой независимостью ядерных сил и впервые сформулировал закон сохранения изотопического спина в нуклон-нуклонных взаимодействиях.