Изотоптық инварианттылық

Изотоптық инварианттылық (латынша іnvarіans, іnvarіantіs – өзгермейтін) – симметрияның элементар бөлшектердің күшті өзара әсеріне тән ерекше түрі.

Табиғаттағы күшті өзара әсерлесетін элементар бөлшектерді (адрондарды) “ұқсас” бөлшектер топтарына жіктеуге болады. Олардың әрбір тобының құрамына массасы бір-бірімен шамалас және электр зарядынан басқа, ішкі сипаттамалары (спині, ішкі жұптылығы, бариондық заряды, ғажаптылығы не оғаштығы, “таңырқарлығы”, “сұлулығы”) бірдей болатын бөлшектер енеді. Мұндай топтар изотоптық мультиплеттер деп аталады. Күшті өзара әсер, бір изотоптық мультиплетке енетін барлық бөлшектер үшін бірдей болады, яғни ол электр зарядына тәуелді болмайды. Күшті өзара әсер симметриясының осы қасиетін изотоптық инварианттылық деп атайды. Бір изотоптық мультиплетке бірігетін бөлшектердің қарапайым мысалына протон (p) мен нейтрон (n) жатады. Бұл жағдайда протон мен нейтрон бір бөлшектің (нуклонның) екі әр түрлі зарядты күйі ретінде қарастырылады. Протон мен нейтрон изотоптық дублетті құрастырса, бейтарап, оң және теріс зарядты пи-мезондар изотоптық триплетті құрастырады, т.б. Изотоптық мультиплеттегі бөлшектер саны мынаған тең: 2І+1, мұндағы І – изотоптық спин. Бөлшектер бір-бірінен изотоптық спинінің проекциясы (І3) мәнімен өзгешеленеді.

Изотоптық мультиплетке енетін бөлшектердің электр заряды (Q) Гелл-Ман-Нишиджима формуласы арқылы Q=І3+Y өрнектеледі, мұндағы Y=B+S+C–b – адронның гиперзаряды, ал B – бариондық заряд, S – ғажаптылық (оғаштық), C – “таңырқарлық”, b – “сұлулық”. Изотоптық инварианттылық құрама адрондар үшін, оның ішінде, атом ядросы үшін де орындалады. Изотоптық инварианттылық, одан да гөрі кеңірек, күшті өзара әсердің жуық симметриясы – унитарлық симметрияның [SU(3)] бөлігі болып есептеледі.