Με ποιό τρόπο ξεχωρίζουν στον πυρήνα τα πρωτόνια με τα νετρόνια οι ισχυρές αλληλεπιδράσεις;

Συχνές ερωτήσεις, Φεβρουάριος 2002

Είναι αλήθεια ότι όταν μελετάμε τα νουκλεόνια διαπιστώνουμε ότι έχουν παρόμοια μάζα (938,27 MeV το πρωτόνιο και 939,56 MeV το νετρόνιο) και οι ισχυρές πυρηνικές δυνάμεις δεν τα διακρίνουν. Γι'αυτές τα δύο σωματίδια είναι το ίδιο νουκλεόνιο-σωματίδιο. Άλλωστε το ηλεκτρικό φορτίο δεν παίζει ρόλο στις ισχυρές αλληλεπιδράσεις.

Έτσι οι φυσικοί, πριν 70 χρόνια, οδηγήθηκαν στο συμπέρασμα ότι για τις ισχυρές αλληλεπιδράσεις το νουκλεόνιο μπορεί να θεωρηθεί ότι έχει ένα εσωτερικό βαθμό ελευθερίας με δύο καταστάσεις, το πρωτόνιο και το νετρόνιο.

Ο Heisenberg εισηγήθηκε πρώτος την άποψη αυτή, το 1932, και ονόμασε το καινούργιο βαθμό ελευθερίας ισοσπίν που συμβολίζεται με I. Τον όρο αυτό τον δανείστηκαν  από το σπιν του ηλεκτρονίου, γιατί όπως το σπιν του ηλεκτρονίου έχει δύο καταστάσεις, η μία με πάνω α και η άλλη με κάτω σπιν κ, έτσι και το ισοσπίν έχει δύο καταστάσεις.

Το ισοσπίν είναι μέγεθος που διατηρείται στις ισχυρές αλληλεπιδράσεις όπως διατηρούνται ο βαρυονικός αριθμός Β ή το φορτίο κλπ.

Το ισοσπίν I θεωρείται ένα διάνυσμα στον αφηρημένο "χώρο" του ισοσπίν, στον οποίο η συνιστώσα Ι₃ , στον άξονα z, δίνει τη τιμή του ηλεκτρικού φορτίου. Αν θεωρήσουμε ότι το νουκλεόνιο έχει ισοσπίν Ι=1/2, τότε το πρωτόνιο αντιστοιχεί στη τιμή +1/2 ενώ για το νετρόνιο -1/2.

Αναφορές: Εκπαιδευτική Εγκυκλοπαίδεια.