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  • 1 # 使用者4473563183254

    最簡單的解釋就是質子和中子實際上是同位旋二重態的兩個正交基矢,它們兩個一起構成了一個同位旋為1/2的子空間。

    從量子力學的角度來說,對稱性會導致能級的簡併。以氫原子為例,在不考慮微擾論時,當n和l相同時,無論m值和Sz值為多少,能量都是一樣。這就是典型的對稱性導致的能級簡併,這些簡併的能級張成了一個不變子空間(不考慮偶然簡併的能級)。

    當然,由於在現實中,諸如自旋-軌道耦合之類的相互作用會導致簡併能級的劈裂,所以那些理論上本來應該一樣的能級之間會有一些微小的差距。

    回到質子和中子的問題上,在氫原子中起主要作用的是電磁相互作用,而質子和中子的質量主要來自強相互作用。從核子-核子散射的實驗資料來看,質子和中子的表現是非常接近的,科學家們因此就提出了核力的電荷無關性,認為如果沒有電磁相互作用,質子-質子散射、中子-中子散射、質子-中子散射資料應該是一樣的。而根據核力的電荷無關性,人們又仿照自旋提出了同位旋的概念,認為質子和中子分別對應同位旋空間的|1/2,1/2>態和|1/2,-1/2>態,而且核力應該跟同位旋總量有關,而與同位旋第三分量無關。這樣就能解釋核力的電荷無關性。

    至於質子和中子之間的微小質量差異,可以用電磁相互作用來解釋。雖然這兩個粒子從強相互作用的角度看是一樣的,但從電磁相互作用角度看則不是,但核子中電磁相互作用要遠小於強相互作用,所以電磁相互作用的影響基本上就相當於給一個原來簡併的體系加上微擾,使能級劈裂, 這就造成了質子和中子之間微小的質量差異。

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