Изотопический спин, спин элементарной частицы (физика)
Авторитет, основанный на мнении тысячи, в вопросах науки не стоит искры разума у одного - единственного.
Галилео Галилей
Оглавление
1 Изотопический спин в квантовой теории
2 Изотопический спин и полевая теория элементарных частиц
3 Что такое спин элементарной частицы?
Изотопический спин в квантовой теории
Под изотопическим спином (изоспином) понимается квантовое число определяющее число зарядовых состояний адронов. Так, например, считается, что протон и нейтрон (нуклоны) имеют одинаковый изотопический спин 1/2 и отличаются знаком проекции изотопического спина в особом изотопическом пространстве: когда проекция изотопического спина равна +1/2, нуклон становится протоном, а когда равна -1/2, нуклон становится нейтроном. Такая пара элементарных частиц называется изодублетом.
Второй пример для тройки (изотриплет) элементарных частиц пионов для них считается, что изотопический спин равен 1 и получаются три проекции изотопического спина в особом изотопическом пространстве: +1, 0, -1, что соответствует пи+-мезону, пи0-мезону и пи--мезону.
Число элементарных частиц с изотопическим спином I в таком изотопическом мультиплете равно 2I+1.(Изодублет, изотриплет и т.д. называются изотопическими мультиплетами.)
C точки зрения гипотетического сильного взаимодействия, протон и нейтрон (равно как и тройка пионов) являются одинаковыми частицами, что выражает свойство изотопической инвариантности сильного взаимодействия. Считается что разница между элементарными частицами обусловлена электромагнитными взаимодействиями.
В квантовой механике уже есть квантовое число с аналогичными свойствами - спин, поэтому по аналогии и было введено новое квантовое число элементарных частиц - изотопический спин. Утверждается, что им обладает каждая элементарная частица.
Утверждается, что изотопический спин сохраняется во всех процессах обусловленных гипотетическим сильным взаимодействием и нарушается в электромагнитном и гипотетическом слабом взаимодействиях.
Изотопический спин и полевая теория элементарных частиц
Полевая теория элементарных частиц систематизирует элементарные частицы не по близости масс покоя - а по квантовым числам. В каждой элементарной частице есть квантовое число напрямую связанное со спином - это квантовое число L (отвечающее за распределение элементарных частиц на группы). Оно также имеет 2L+1 проекцию в соответствии с квантовой механикой - но это получаются не элементарные частицы а подгруппы. Для того чтобы перейти от подгрупп к самим элементарным частицам необходимо добавить классическую электродинамику с ее 4 возможными поляризациями электромагнитного поля (в плоскости электрической составляющей - заряженные элементарные частицы/античастицы, в плоскости магнитной составляющей - нейтральные частицы/античастицы, при нулевом спине нейтральные частицы тождественны античастицам).
Похоже на изотопический спин, но не так. Ну а с точки зрения полевой теории элементарных частиц гипотетических сильных и гипотетических слабых взаимодействий в природе нет, как и нет изотопического спина.
Что такое спин элементарной частицы?
А теперь точка зрения физики 21 века:
1. Согласно полевой теории элементарных частиц, внутри элементарной частицы (кроме фотона) вращается волновое переменное электромагнитное поле, создающее ее волновые свойства.
2. Согласно классической электродинамики, это переменное электромагнитное поле элементарной частицы обладает внутренней энергией.
3. Согласно формуле Эйнштейна, эта энергия обладает массой.
4. Согласно законам механики, вращающаяся масса обладает вращательным моментом.
5. Поскольку эта масса вращается со средней скоростью, равной скорости света, внутри элементарных частиц не работает специальная теория относительности (СТО).
6. В соответствии с квантовой механикой, данный вращательный момент (L) квантуется кратно ħ/2 аналогично спину (J) элементарных частиц.
L = 0; 1/2; 1; 3/2; 2; 5/2; 3; ...
7. Согласно полевой теории элементарных частиц, спин (J) элементарной частицы является внешним проявлением ее внутреннего вращательного момента (L)
J=1-L;(L<=1)
J=L-1;(L>=1)
Поэтому в спектре элементарных частиц имеются две группировки с одинаковой величиной спина ħ/2, но различающиеся свойствами это лептоны и барионы.
Разберемся с последним утверждением.
С точки зрения Классической механики мы должны наблюдать весь вращательный момент (L) элементарной частицы. Но в микромире работает не Классическая механика - а Квантовая механика, отражающая волновые свойства переменного электромагнитного поля, имеющегося у каждой элементарной частицы.
В микромире нет точечных масс и того, что насочиняли математические СКАЗКИ 20 века, а есть электромагнитные поля, как переменные, так и постоянные. Фотон - одиночная электромагнитная волна переменного электромагнитного поля обладает единичным спином (в тоже время квантовое число L для фотона равно нулю), а вращающейся массы внутри фотона нет. В то же время, вращающаяся электромагнитная волна переменного электромагнитного поля имеется внутри каждой элементарной частицы (кроме фотона - там волна прямолинейная и не вращается) и она дает единичный спин - ту единицу, которая остается скрытой для внешнего наблюдателя, измеряющего спин всей элементарной частицы (с помощью Квантовой механики).
А ведь элементарная частица может находиться и в возбужденном состоянии с дополнительным вращательным моментом (V), величина спина такого состояния будет иной (см. полевая теория элементарных частиц).
Таким образом, спин основного состояния элементарной частицы - это наблюдаемая внешним наблюдателем часть внутреннего вращательного момента элементарной частицы, находящейся в основном (не возбужденном) состоянии, создаваемого его вращающимся волновым переменным электромагнитным полем, в соответствии с Квантовой механикой, или (в общем виде) то, что видит внешний наблюдатель от вращательных моментов элементарной частицы с помощью Квантовой механики.
Между тем, что видит внешний наблюдатель, и действительностью есть разница, определяемая законами физики - законами природы. То, что мы видим - это всего лишь точка зрения, а не истина. В данном случае это точка зрения Квантовой механики. У последней есть как плюсы, так и неточности (расхождения с действительностью). Если бы создатели Волновой механики, получившей впоследствии название Квантовой механики, выбрали в качестве точки отсчета спина (нуля) спин фотона, внутри которого масса прямолинейно движется, а не поперечно вращается, тогда смогли бы:
увидеть внутренний вращательный момент элементарных частиц,
обнаружить внутри элементарных частиц вращающееся волновое переменное электромагнитное поле,
получить правильный спектр основных состояний элементарных частиц,
получить правильный спектр возбужденных состояний элементарных частиц,
совершить открытие, в шаге от которого они находились.
Но было выбрано неверное начало координат, в результате Квантовую механику перекосило - она стала всюду видеть квантовую природу, и ей пришлось выдумать виртуальные частицы, кварки, глюоны, гравитоны, бозон Хиггса, ... . В итоге физика 20 века скатилась в мир математических СКАЗОК, породив огромное множество абстрактных теоретических построений, изучающих что-то свое, независимо от существования или отсутствия этого в природе, которые не прочь выдавать себя за "высшие" достижения науки и в 21 веке. Возможно это выдающиеся достижения математики, но причем здесь физика - наука о природе.
Спасибо, что оставили мне возможность совершить два крупнейших открытия физики 21 века: Полевую теорию элементарных частиц и Теорию гравитации элементарных частиц, а также кучку более мелких открытий в физике и не только - я свой единственный шанс, возникающий раз в сто лет, НЕ УПУСТИЛ. Что касаемо издательств, зарабатывающих на публикации научных статей - печатаются те, у кого есть деньги, а не те, у кого есть идеи. - Капитализм в действии. "Хотели как лучше, а получилось как всегда".
Владимир Горунович