عبد العزيز: نقل Mohammad Abdullah صفحة ايزوسبين إلى أيزوسبين

2023-03-14T14:09:13Z

نقل Mohammad Abdullah صفحة ايزوسبين إلى أيزوسبين

صفحة جديدة

في نظرية [[جسيم أولي|الجسيمات الأولية]]، '''الأيزوسبين''' Isospin هو [[عدد كمي|رقم كمي]] [[نكهة (فيزياء الجسيمات)|للنكهة]]، يصف [[تناظر (فيزياء)|التناظر]] الداخلي لـ [[تآثر قوي|التفاعل القوي]] ويستخدم لتصنيف [[هادرون|الهادرونات]]. يشير الترميز (''iso-'' : «متساوٍ كميًا»، من اليونانية القديمة ἴσος) إلى أن النظام يبدو وكأنه جسيم ذو [[عدد كم مغزلي|عزم مغزلي]] 1/2، على الرغم من أنه ليس [[لف مغزلي|دورانًا]].

بشكل عام، يتم استخدام المفهوم (أيضًا في [[فيزياء الجوامد|فيزياء الحالة الصلبة]]) لوصف أنظمة [[نظام كمي ذو حالتين|توجد في حالتين كموميتين]]. يتم تفسير [[حالة كمومية|حالتي]] [[ميكانيكا الكم]] على أنهما توجهان متعاكسان للإيزوسبين (± <math>I_z</math>). إذا كان النظام في حالة تراكب بين الحالتين، فيتم الإشارة إلى ذلك من خلال وصف المكونين الآخرين (<math>I_x, I_y</math>).

== الاكتشاف ==
في [[تبعثر|عمليات التشتت]] على نوى متناظرة، وجد أن [[تآثر قوي|التفاعل القوي]] لا يميز بين [[نيوترون|النيوترونات]] المحايدة [[بروتون|والبروتونات]] موجبة الشحنة،  أي أنها مستقلة عن الشحنة. إذن، من حيث القوة النووية، فإن النيوترون والبروتون متطابقان، ويرتبط الاختلاف الطفيف في الكتلة بينهما [[شحنة كهربائية|بالشحنة الكهربائية]]. من هذا استنتج [[فيرنر هايزنبيرغ|فيرنر هايزنبرغ]] في عام 1932 <ref>{{استشهاد بكتاب
| DOI = 10.1007/BF01342433
| bibcode = 1932ZPhy...77....1H
}}</ref> أن البروتون والنيوترون هما حالتان مختلفتان من الشحنة لجسيم واحد ونفس [[نوية (ذرة)|النوكليون]].

لمزيد من الوصف، استعار شكليات الـ «[[غزل (توضيح)|سبين]]» Spin الميكانيكي الكمومي من السلوك المقابل [[إلكترون|للإلكترونات]]. فالإلكترونات لديهم أيضًا حالتين (''عزم مغزلي لأعلى'' ''وعزم مغزلي لأسفل'') لا يمكن تمييزهما بقوة معينة - سوى بالقوة الكهربائية البحتة.

صاغ [[يوجين ويغنر|يوجين فيجنر]] الاسم ''isospin'' في عام 1937 وكان في البداية يرمز إلى ''العزم المغزلي النظيري'' . ومع ذلك، نظرًا لأن هذا يمكن أن يساء تفسيره على أنه مؤشر على تغيير في عدد النيوترونات (راجع: [[نظير (كيمياء)|النظير]])، عوضا عن ذلك يتم استخدام التعبير«العزم ''المغزلي متساوي الضغط''» ''isobarer Spin''. قام [[موري جيلمان|موراي جيل مان]] بدمج خصائص Isospin [[غرابة (عدد كم)|والغرابة]] strangeness في [[طريقة ثمانية (فيزياء)|الطريقة الثمانية]]، وهي مقدمة مباشرة لنموذج الكوارك [[ديناميكا لونية كمية|والديناميكا اللونية الكمومية]].

== الشكلية ==
{| class="wikitable float-right" style="text-align:center"
!
! colspan="2" | فوق
|-
| كوارك / انتيكوارك
| style="width: 4em" | '''u'''
| '''u'''
|-
| إيزوسبين <math>I_z</math>
| + ½
| -½
|-
!
! colspan="2" | أسفل
|-
| كوارك / انتيكوارك
| '''d'''
|'''d'''
|-
| إيزوسبين <math>I_z</math>
| -{{كسر مائل|2}}
| {{كسر مائل|2}}
|}
انتي كوارك تعني [[مادة مضادة|مضاد كوارك ]].

مثل اللف المغزلي الطبيعي [[فرميون|للفرميونات]] الأساسية (مثل الإلكترون)، فإن العدد الكمي للإيزوسبين له دائمًا القيمة {{كسر مائل|2}}

المكون الثالث المستخدم للأيزوسبين <math>I_z</math> (يشار إليه غالبًا بــ <math>I_3</math>) للأيزوسبين يمثل إتجاهه وييتخذ القيمتان المحتملتان + {{كسر مائل|2}} و - {{كسر مائل|2}} . هذان [[كوارك|العددان يمثلان زوجي الكوارك]] (u and d) في نموذج الكوارك.

* '''u''' (''أعلى''): <math>I_z = +\tfrac 1 2</math> و
* '''d''' (''أسفل''): <math>I_z = -\tfrac 1 2</math> .

الكواركات '''s''' و '''c''' و '''b''' و '''t''' لا تحمل أي ايزوسبين (دوران). وبالنسبة للكواركات [[جسيم مضاد|المضادة]] تتغير علامة <math>I_z</math> .

بذلك <math>I_z</math> معطى بعدد الكواركات '''u''' و '''d''' والكواركات المضادة المرتبطة بها على النحو التالي:

: <math>I_z = \frac{1}{2}\Big((n_u - n_{\bar u}) - (n_d - n_{\bar d})\Big)</math>

ينتج عن هذا ما يؤول للزوج البروتون والنيوترون (حيث يتكون كل منهما من ثلاثة كواركات):

* بروتون '''p''' = '''uud''' <math>\Rightarrow I_z = +\tfrac 1 2</math>
* نيوترون '''n''' = '''udd''' <math>\Rightarrow I_z = -\tfrac 1 2</math>

تستخدم منشورات الفيزياء النووية القديمة أحيانًا الاصطلاح <math>I_z</math> بإشارة معاكسة، لكن هذا لا يحدث فرقًا فيزيائيًا طالما يتم استخدامه باستمرار.

=== فرط الشحنة ===
{| class="wikitable float-right" style="text-align:center"
!
! الجسيم
! التكوين
! شحنة الكهرباء <nowiki></nowiki> <math>Q</math>
! إيزوسبين <nowiki></nowiki> <math>I_z</math>
! فرط الشحنة. <nowiki></nowiki> <math>Y</math>
|- style="border-top: 2pt black solid"
|-
| rowspan="4" | كواركات
| فوق
| u
| + {{كسر مائل|2|3}}
| {{كسر مائل|2}}
| {{كسر مائل|3}}
|-
| مضاد-فوق
| u
| {{كسر مائل|2|3}}
| {{كسر مائل|2}}
| {{كسر مائل|3}}
|-
| أسفل
| d
| {{كسر مائل|3}}
| {{كسر مائل|2}}
| {{كسر مائل|3}}
|-
| مضاد-أسفل
| d
| {{كسر مائل|3}}
| {{كسر مائل|2}}
| {{كسر مائل|3}}
|-
| rowspan="2" | الهادرونات
| بروتون
| uud
| +1
| {{كسر مائل|2}}
| +1
|-
| نيوترون
| udd
| 0
| {{كسر مائل|2}}
| +1
|}
بسبب الايزوسبين وشحنتها الكهربائية <math>Q</math> يمكن شحن الكثير من الجسيمات باستخدام [[فرط الشحنة|صيغة]] [[صيغة جيلمان-نيشيجيما|Gell-Mann-Nishijima]] لتعيين فرط الشحنة<math>Y</math> :

: <math> Y = 2 (Q-I_z).</math>

ويكون فرط الشحنة كالآتي:

* للكوارك العلوي والسفلي على التوالي:
* <math>Y = +\tfrac 1 3 \,</math>
* للكوارك مضاد -فوق ومضاد-أسفل على التوالي: <math>Y = -\tfrac 1 3 \!\,</math>
* [[نوية (ذرة)|للنيوكليونات]] ([[بروتون]] p ، [[نيوترون]] n) على التوالي: <math>Y = +1 \!\,</math> .

=== نظرية المجال الكمومي ===
في سياق [[نظرية الحقل الكمومي|نظرية المجال الكمي]] يينتمي الـ isospin [[فضاء متجهي|لـ الفضاء المتجه]] المعقد الثنائي الأبعاد <math>\mathbb{C}^2</math> ، حيث يمكن تمثيل الكواركات '''u''' و '''d''' [[قاعدة (جبر خطي)|كمتجهات أساسية]]:

: <math> \mathbf{u} = \left( \begin{matrix} 1 \\ 0 \end{matrix} \right), \quad \mathbf{d} = \left( \begin{matrix} 0 \\ 1 \end{matrix} \right). </math>

هذا يجعل من الممكن وصف تحول النيوكليونات كما يحدث في [[اضمحلال نشاط إشعاعي|الاضمحلال الإشعاعي]]: <math> \mathbf{n} \to \mathbf{p} + \mathrm e^- + \bar\nu</math> .

هذا تحول في التناظر SU (2) الموصوف في نظرية التفاعل الضعيف (مثل <nowiki>[[اضمحلال بيتا]]</nowiki>).

رياضياً، يتم إجراء هذه التحولات بواسطة معاملين ينتموا [[بوزون عياري|لبوزونات قياس]] في نظرية المجال. على سبيل المثال، الانتقال <math> \mathbf{d} \rightarrow \mathbf{u} </math> يتم وصفها بمعادلة [[مصفوفة (رياضيات)|المصفوفة]]

: <math>
\left( \begin{matrix} 0 & 1 \\ 0 & 0 \end{matrix} \right) \cdot
\left( \begin{matrix} 0 \\ 1 \end{matrix} \right) =
\left( \begin{matrix} 1 \\ 0 \end{matrix} \right)
.</math>

== التأثيرات ==
الإيزوسبين هو كمية محفوظة في [[تآثر قوي|التفاعل القوي]]. هذا يعني أن بعض العمليات يتم قمعها أو يمكن أن تحدث فقط من خلال التآثر الكهرومغناطيسي أو [[قوة نووية ضعيفة|التآثر الضعيف]]. مثال على ذلك هو تفاعل اثنين من النيوكليونات لتكوين [[ديوترون]] [[بيون|وبايون]]:

: <math>\begin{align}
\mathrm{ p + p } & \rightarrow \mathrm{ d + \pi^+ } \\
\mathrm{ p + n } & \rightarrow \mathrm{ d + \pi^0 }
\end{align}</math>

يتم تمثيل إيزوسبينات الجسيمات المعنية باستخدام [[رمز براكيت|تدوين ديراك]] <math>\left| I, I_z \right\rangle</math> :

: <math>\begin{align}
\left| \mathrm p \right\rangle & = \left| \tfrac 1 2, +\tfrac 1 2 \right\rangle \quad\quad & \left| \pi^+ \right\rangle & = \left| 1, +1 \right\rangle \\
\left| \mathrm n \right\rangle & = \left| \tfrac 1 2, -\tfrac 1 2 \right\rangle & \left| \pi^0 \right\rangle & = \left| 1, 0 \right\rangle \\
\left| \mathrm d \right\rangle & = \left| 0, 0 \right\rangle \,.
\end{align}</math>

وفقًا لقواعد حساب [[مؤثر الزخم الزاوي|إضافة الزخم الزاوي في ميكانيكا الكم]]،

ينطبق ما يلي:

: <math>\begin{align}
\left| \mathrm{p\,p} \right\rangle & = \left| 1, +1 \right\rangle & \left| \mathrm d\,\pi^+ \right\rangle & = \left| 1, +1 \right\rangle \\
\left| \mathrm{p\,n} \right\rangle & = \tfrac 1 \sqrt 2 \left ( \left| 1, 0 \right\rangle - \left| 0, 0 \right\rangle \right ) & \left| \mathrm d\,\pi^0 \right\rangle & = \left| 1, 0 \right\rangle \,.
\end{align}</math>

بسبب انحفاظ isospin في حالة {{بدون لف|p + n → d + π0}} ، فإن الجزء الذي يحتوي على isospin 1 فقط يساهم؛ ولذلك تكون احتمالية التفاعل هي نصف احتمالية التفاعل pp.

== المراجع ==

* بوجدان بوف وآخرون: ''الجسيمات والنوى'' . سبرينغر، برلين، هايدلبرغ 2006، ISBN 978-3-540-36685-0

== التفاصيل ==
{{مراجع}}

== اقرأ أيضا ==
* [[غزل (توضيح)|سبين]]
* [[عدد كمي]]
* [[لف مغزلي|لف مغزلي (فيزياء)]]
{{ضبط استنادي}}
{{شريط بوابات|الفيزياء}}

[[تصنيف:باريونات]]
[[تصنيف:صفحات بترجمات غير مراجعة]]
[[تصنيف:فيزياء الجسيمات]]
[[تصنيف:فيزياء نووية]]
[[تصنيف:كوارك]]
[[تصنيف:نكهة (فيزياء الجسيمات)]]
[[تصنيف:هادرونات]]

أيزوسبين - تاريخ المراجعة

عبد العزيز: نقل Mohammad Abdullah صفحة ايزوسبين إلى أيزوسبين