Что такое изотопический спин?

Самый термин «изотопический спин» представляет собой соединение понятий, каждое из которых порознь нам уже встречалось. Изотопами, как вы помните, называются элементы-близнецы, которые не различаются по своим химическим свойствам, но могут иметь несколько отличные физические «параметры» — массу, например.

В таблице Менделеева все изотопы стоят в одной клетке и все они имеют одно и то же наименование. Мы говорим, например, что гелий-три (Не3) и гелий-четыре (Не4) — это не разные элементы, а, если хотите, разные состояния одного и того же элемента. Подобно этому все частицы — члены одной семьи зарядового мультиплета — также рассматриваются как одна частица, но только находящаяся в различных состояниях.

Ну, а при чем здесь «спин»? Если иметь в виду тот спин, который мы обсуждали в главе без номера и который можно определить как «собственный вращательный момент», то совершенно не при чем. И если одно и то же слово употребляется в совершенно разных смыслах, то здесь нет ничего ни нового, ни удивительного. Мало ли таких примеров? Сила ветра измеряется в баллах. В баллах же оцениваются знания учащихся. Слово «градус» вполне успешно «работает» и при рассказе о температуре, и для измерения углов. Те же углы можно измерять в минутах и секундах, являющихся в то же время мерой совсем другой величины — времени. Впрочем, этот последний пример заслуживает того, чтобы на нем остановиться. Стрелка секундомера бежит по циферблату. Если полный оборот — один час, то изменение угла за одну минуту (минуту времени!) точно равно одной «угловой» минуте. Здесь полный параллелизм — он, конечно, связан с выбором той «механической модели», которую мы применяем для измерения времени (например, взяв песочные часы, мы бы ничего подобного не получили).

А теперь выберем другую «механическую модель» — частицу с определенным спином. Пусть этот спин равен, например, 1/2 (все, напоминаем, в единицах ћ). Такая частица, как вы помните, может иметь всего две ориентации — либо ее спин параллелен импульсу, либо антипараллелен. Две ориентации, два возможных состояния. А если спин равен нулю, то, разумеется, «как ни верти» частицу, ничто не изменится — значит, здесь всего одно состояние.

А спин, равный 1? Квантовый подсчет говорит, что здесь возможны три различных состояния. Если спин частицы 3/2, то таких состояний четыре, и т. д. В общем случае спин, равный n, обеспечивает возможность 2n+1 различных «внутренних», как их называют, состояний. А теперь вспомним о наших «семействах» частиц. Напомним, что «членов каждого из этих семейств» мы рассматриваем опять как одну частицу, но в различных «внутренних» состояниях. И число таких состояний от «семейства» к «семейству» меняется. У самых бедных (Λ0-гиперон) — всего одно. (Как не вспомнить о нулевом спине!) У других (нуклоны) их два. Опять полная аналогия со случаем спина 1/2. У π-мезонов (π+, π0 и π-) три, как для спина, равного единице, и т. д. Теперь вы видите, что наша «механическая модель» вполне себя оправдывает, а, стало быть, есть все основания говорить об изотопическом спине.

1 2 3