アイソスピンとは？ わかりやすく解説

アイソスピン（英: isospin）は、ハドロンの持つ量子数の一つである。

クォークモデルの確立により、アイソスピンもクォークへと拡張されている。

概要

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）。

詳細

クォークが発見されるより以前、まだ陽子（p）や中性子（n）をはじめとするハドロンが内部構造を持たない素粒子であると考えられていた時代に、陽子や中性子のような質量などの性質が似ている粒子の一群は同種粒子が異なる量子状態をとっているものと考えたことから導入された量子数がアイソスピンである。

スピンとの類推でこれをベクトルで表して、