アイソスピン
素粒子物理学において、アイソスピンは強い相互作用に関連する量子数である。
isospin(アイソスピン)という語は、isotopic spin(同位体のスピン)から由来するが、これは核子の数が異なる原子核を意味するisotope(同位体)と紛らわしい。原子核物理学者は、isobaric spin(同重体のスピン)の言い回しを好む。この語は、実体をより正確に言い表している。
アイソスピン対称性は、バリオンおよび中間子の相互作用においてより広く見られるフレーバー対称性の部分集合である。アイソスピン対称性は、素粒子物理学において重要な概念を保持している。歴史的にこの対称性を詳細に吟味してきたことが、クォークの発見および理解、またヤン=ミルズ理論の発展へと直接つながっている。
弱アイソスピンは、アイソスピンと類似しているが、混同してはならない。弱アイソスピンは、全ての世代における左巻き粒子のクォークとレプトン二重項を結合する弱い相互作用のゲージ対称性である。例えば、アップおよびダウンクォーク、トップおよびボトムクォーク、また電子および電子ニュートリノの結合に関与する。反対に、(強)アイソスピンはアップおよびダウンクォークのみを結合する。これは、両方のカイラリティ(左巻きおよび右巻き)に作用し、大局的対称性である(ゲージ対称性ではない)。
である。
実験により多数の新粒子が発見されていき、それらを分類、整理していく中で、クォークモデルが提唱された。
クォークモデルによると、核子はアップクォーク(u)とダウンクォーク(d)により構成される(陽子は2個のuと1個のd、中性子は1個のuと2個のd)。クォークu,dは核子p,nと同様のアイソスピン
q = ( u d ) {\displaystyle q={\begin{pmatrix}u\\d\\\end{pmatrix}}}
I z q = ( + 1 2 0 0 − 1 2 ) ( u d ) = ( + 1 2 ⋅ u − 1 2 ⋅ d ) {\displaystyle I_{z}q={\begin{pmatrix}+{\tfrac {1}{2}}&0\\0&-{\tfrac {1}{2}}\\\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}u\\d\\\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}+{\tfrac {1}{2}}\cdot u\\-{\tfrac {1}{2}}\cdot d\\\end{pmatrix}}}
を為し、核子のアイソスピンは3個のクォークのアイソスピンを合成したものとなる。 また、パイ中間子はクォークと反クォークにより構成され、そのアイソスピンはクォークと反クォークのアイソスピンを合成したものとなる。