最新同位旋知识讲解.ppt

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1、4.3同位旋（一）核力的电荷对称性和电荷无关系我们已经提到过，在核物理的研究中人们发现，质子和中子虽然不是全同粒子，但其强相互作用性子很相似。例如：“镜像核”之间的能级分布相似，其相应能级的自旋和宇称量子数也是一样的。所谓镜像核是指两种原子核，其核子总数一样，而一个核子的中子数等于另一个核子的质子数。如等，分别都是镜像核。另外发现这些镜像核的基态结合能（束缚能）相差不大，而且结合能的差值基本上等于镜像核的库仓位能差。说明：1、在各镜像原子核内，除质子——质子之间______________________________________

2、____________的库仑作用外，各核子间强作用决定的结合能基本上是一样的，似乎与一对镜像核中的具体中子数及质子数关系不大。由此可以认为：在相同状态下，质子——质子、中子——中子或中子——质子间的强相互作用是相同的。2、低能的散射实验也表明，在相同状态（能量、角动量、自旋、宇称等）下，它们的作用截面是相同的。在同一能量下，它们作用截面之间的差异可归结为状态数的不同。通常把的强相互作用相同，称为核力的电荷无关性，显然电荷无关性包含电荷对称性的内容。____________________________________________

3、______（二）同位旋的基本概念同位旋是指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。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；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

4、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分量不同的两种状态，由此可确定它们的同位旋，质子的，中子的，它们组成同位旋二重态，它们质量上的微小差异来自的不同，犹如自旋取向不同引起自旋-轨道耦合的微小能量差异。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a

5、，。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一个方面的表现。__________________________________________________说明：1、在同位旋参与的强作用过程中，同位旋守恒定律有普遍意义。2、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

6、理。__________________________________________________（三）两个核子体系的同位旋两核子系统的总同位旋为两个核子同位旋与之和。与角动量加法规则类同，有：两核子同位旋第三分量之和遵守普通代数加法：其中代表第K个核子的同位旋及其第三分量。和电子自旋波函数的情况相似，核子的同位旋波函数是同位旋算符和的共同本征函数：__________________________________________________其中表示质子同位旋波函数，表示中子同位旋波函数。即：两核子体系的总波函数应为位置、自

7、旋和同位旋三部分波函数的乘积：说明：在引入了同位旋波函数之后，可以认为核子，不论是质子或是中子，都是全同粒子。遵守推广了的泡利原理：在核子体系波函数中交换任何两个核子坐标时，总波函数应是反对称的。对于两核子体系总波函数，为简便计，先只考虑在质心系中系统的轨道角动量的状态，此时空间部分波函数是对称的。因此两部分波函数的乘积应该是反对称的。广义泡利原理要求两核子体系总波函数是反对称的，__________________________________________________就给两核子体系的量子数提出以下限制：但是从根本上说，广义泡

8、利原理将质子和中子看成全同粒子的说法只是形式上的意义，并没改变问题的物理实质。因为在未引入同位旋概念时，认为质子和中子不是全同粒子，一个质子和一个中子组成的系统不遵守泡利原理。好处：引入同位旋概念后理论上更