Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
§ 84. Нуклон-нуклонные взаимодействия при Т< 20 МэВ
53
пары нуклонов. Одной из серий таких результатов и является экспериментальное доказательство тождественности (р—р)яя->
(л—и)- и («— /?)-взаимодействий в Ь0-состояниях.
Это заключение подтверждает гипотезу о зарядовой независимости (iV—ЛГ)-взаимодействия для ^-состояния и позволяет сформулировать ее более широко: сильные ядерные взаимодействия двух любых нуклонов, находящихся в одинаковых пространственном и спиновом состояниях, должны быть тождественны для любых состояний (а не только s). С этой более широкой гипотезой согласуется вся совокупность экспериментальных данных о взаимодействии между нуклонами (см. § 8$).
Возвращаясь к нуклон-нуклонному взаимодействию в s-состоянии, построим удобную формальную схему взаимодействия между двумя протонами, двумя нейтронами и нейтрона с протоном. Напомним, что изоспин протона и нейтрона Тр = Т„ = 1/2, а его проекции (Гв),= + 1/2 и (Г,)„=-1/2. Согласно правилам сложения двух квантовомеханических векторов, каждый из которых равен 1/2, возможны два значения суммы: 0 (с единственной проекцией г;=0) и 1 (с тремя проекциями (—1; 0 и +1). При этом очевидно, что если проекция суммарного вектора Т равна ± 1, то сам он может быть равен только 1 (вектор не может быть меньше своей проекции).
В табл. 36 представлены значения Т и Тя для (л —л)-, (р—р)- и (и— р)-взаимодействий, которым сопоставлены экспериментальные результаты, полученные в пп. 3, 5 и 6.
Из таблицы видно, что («—л)- и (р— /?)-взаимодействия характеризуются проекциями изотопического спина, равными — 1 и +1 соответственно, и, следовательно, для них возможно
Таблица 36
Вид взаи-
Наличие свя-
модейст-
Z
т
'эф- Фм
у*
«о. фм
занного сос-
вия
тояния
п — п
0
-1/2-1/2=
_ _ 1
1
3,2 ±1,6
<V$m
17,6±1,5
Нет
р-р
+2
+ 1/2+1/2=
1
2,83 ±0,03
<Км-н
-17±2
Нет
= + 1
¦ т . 1
п-р
+ 1
-1/2+1/2=
1
2,76 ±0,07
-23,715±0,013
Нет
т т
=0
п-р
+ 1
-1/2+1/2 =
0
1,75
>Кмнк
+ 5,43
Есть Ш=
= 0
= 2,22 МэВ
54 Глава XIV. Нуклон-нуклонные взаимодействия при низких энергиях
единственное значение вектора изотопического спина, равное единице.
Для (и —/?)-взаимодействия, когда Tq = 0, возможны оба значения вектора изотопического спина: Т = 0 и Т=1, т.е. (и— р)-взаимодействие имеет два различных ядерных состояния. Одно из них—синглетное по изоспину (Т = 0) и триплетное по обычному спину (S=l), другое—триплетное по изоспину
(Т=1) и синглетное по обычному спину (S = 0). (и— р)-
Взаимодействие с Т = 1 по ядерным свойствам тождественно
т т
(р—р)- и (и—и)-взаимодействиям, (и —/»)-Взаимодействие с Т = 0
радикально отличается от них (например, наличием связанного состояния—дейтрона).
Таким образом, характер взаимодействия между двумя нуклонами действительно определяется только абсолютным значением вектора изотопического спина и не зависит от его проекции, т. е. от поворота осей изотопического пространства (который приводит к замене протона на нейтрон и наоборот). В этом и состоит зарядовая независимость или, что то же самое, изотопическая инвариантность ядерных сил. Естественно, что изотопическая инвариантность существует только для сильного ядерного (т. е. без учета электромагнитного) взаимодействия.
Экспериментальный факт тождественности (и —«)-, (р-^р)яя-
и (и—/>)-взаимодействий при Т=1 и отличия их от (п—р)-
взаимодействия при Т = 0 означает, что сильное ядерное взаимодействие должно теперь характеризоваться сохранением не только импульса, момента количества движения, четности, но и значения полного вектора изотопического спина. Другими словами, для описания сильного ядерного взаимодействия между двумя нуклонами наряду с законами сохранения энергии, импульса, момента количества движения, четности должен быть введен новый закон сохранения—закон сохранения изотопического спина. Сильное ядерное взаимодействие между двумя нуклонами происходит таким образом, что полный изотопический спин системы сохраняется.
Законы сохранения являются следствием симметрии законов природы относительно некоторых преобразований. Например, закон сохранения энергии и импульса выражает независимость результатов эксперимента от времени и места его выполнения (симметрия перемещения в пространстве и времени); закон сохранения момента количества движения — независимость ре-
§ 84. Нуклон-нуклонные взаимодействия при Т< 20 МэВ 55
зультатов эксперимента от поворота в пространстве (вращательная симметрия); закон сохранения четности—от зеркального отражения (зеркальная симметрия). Выполнение этих законов связано с однородностью времени и однородностью, изотропностью и зеркальной симметрией пространства.
Закон сохранения изотопического спина также является следствием определенной симметрии законов природы. Он отражает свойство изотопической инвариантности, т. е. симметрии сильного ядерного взаимодействия относительно поворота осей изотопического пространства, которое, таким образом, предполагается изотропным.
