БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ИЗ)
А. А. Булычев, В. А. Соловьев.
Изотоническое мышечное сокращение
Изотони'ческое мы'шечное сокраще'ние, сокращение мышцы при неизменном напряжении, выражающееся в уменьшении её длины и увеличении поперечного сечения. В организме И. м. с. в чистом виде не наблюдается. К чисто И. м. с. приближается движение ненагруженной конечности; при постепенном увеличении груза до тех пор, когда он уже не может быть поднят, удаётся наблюдать все переходы от И. м. с. к изометрическому мышечному сокращению .
Изотония
Изотони'я, относительное постоянство осмотического давления в жидких средах и тканях организма; то же, что изоосмия .
Изотоны
Изото'ны, атомы различных химических элементов с одинаковым числом нейтронов в ядрах. Пример И. — атомы 5 2 Не, 6 3 Li, 7 4 Be, 8 5 В, ядра которых содержат 3 нейтрона. Из этих И. 5 He распадается практически мгновенно, 6 Li — стабилен, 7 Be и 8 B — радиоактивны с периодом полураспада соответственно 43 дня и 0,8 сек. См. Изотопы , Ядро атомное .
Изотопическая инвариантность
Изотопи'ческая инвариа'нтность, свойство сильных взаuмoдействий элементарных частиц. Существующие в природе частицы, обладающие сильными взаимодействиями (адроны), можно разбить на группы «похожих» частиц, в каждую из которых входят частицы с примерно равными массами и одинаковыми внутренними характеристиками (спином , барионным зарядом , странностью ), за исключением электрического заряда. Такие группы называются изотопическими мультиплетами. Оказывается, что сильное взаимодействие для всех частиц, входящих в один и тот же изотопический мультиплет, одинаково, т. е. не зависит от электрического заряда, — в этом и состоит симметрия сильных взаимодействий, называемая И. и.
Простейший пример частиц, которые могут быть объединены в один изотопический мультиплет, — протон (р) и нейтрон (n). Опыт показывает, что сильное взаимодействие протона с протоном, нейтрона с нейтроном и протона с нейтроном одинаково (если они находятся соответственно в одинаковых состояниях); это послужило исходным пунктом для установления И. и. Протон и нейтрон рассматриваются как два разных зарядовых состояния одной частицы — нуклона; они образуют изотопический дублет. Другие примеры изотопических мультиплетов: пи-мезоны (p+ , p0 , p- ) и S-гипероны (S+ , S°, S- ), образующие изотопические триплеты.
Электрический заряд Q частицы, входящей в изотопический мультиплет, выражается формулой Гелл-Мана — Нишиджимы:
Здесь В — барионный заряд, S — странность (одинаковые для всех частиц в данном изотопическом мультиплете), а величина I 3 пробегает с интервалом в единицу все значения от некоторого максимального значения I (целого или полуцелого) до минимального, равного — I : I 3 = I , I — 1, ..., — I . Общее число значений, которые может принимать величина I 3 (и Q ) для данного изотопического мультиплета, а следовательно, и число частиц в изотопическом мультиплете, равно 2I + 1. Величина I , определяющая число частиц в изотопическом мультиплете, называется изотопическим спином, а величина I 3 — «проекцией» изотопического спина. Эти названия основаны на формальной математической аналогии с обычным спином частиц, поскольку, согласно квантовой механике, для частиц со спином J проекция спина на произвольное направление в пространстве может принимать через единицу значения от + J до — J , т. е. иметь 2J + 1 значений.
Так как нуклоны существуют в двух зарядовых состояниях, то для них (как и для всех других частиц, входящих в изотопические дублеты) 2I + 1 = 2, т. е. I = 1 /2 а I 3 может принимать два значения: + 1 /2 для протона (что соответствует Q = + 1, так как у нуклонов барионный заряд B = 1, а странность S = 0) и — 1 /2 для нейтрона (Q = 0). Изотопическому триплету пионов соответствует I = 1, а I 3 равно + 1 для p+ , 0 для p° и — 1 для p — .Частицы с I = 0 не имеют изотопических «партнёров» и являются изотопическими синглетами; к таким частицам относятся, например, гипероны L0 и W- .
Изотопический спин является, таким образом, важной характеристикой адрона — квантовым числом , показывающим, какое количество изотопических «партнёров» имеет данная частица (или в каком числе зарядовых состояний она может находиться).
На основе И. и. удаётся предсказать существование, массу и заряды новых частиц, если известны их изотопические «партнёры». Так было предсказано существование p°, S°, X° по известным p+ , p — ; S+ , S — и X — .
И. и. имеет место и для составных систем из адронов, в частности для атомных ядер. Изотопический спин сложной системы складывается из изотопических спинов входящих в систему частиц, при этом сложение производится по тем же правилам, что и для обычного спина. Так, система из двух частиц с изотопическими спинами 1 /2 (например, нуклон) и 1 (например, p-мезон) может иметь изотопический спин I = 1 + 1 /2 = 3 /2 или I = 1 — 1 /2 = 1 /2 .
В ядрах И. и. проявляется в существовании уровней энергии с одинаковыми квантовыми числами для различных изобаров (т. е. для ядер, содержащих одинаковое число нуклонов и отличающихся электрическим зарядом). Примером служат ядра 14 6 С, 14 7 N, 14 8 O: основное состояния ядер 14 С, 14 О и первое возбуждённое состояние 14 N образуют изотопический триплет, I = 1 (см. рис .). Все квантовые числа этих уровней одинаковы, а различие в их энергиях можно объяснить разницей электростатических энергий из-за различия в электрических зарядах этих ядер. (Основной уровень 14 N имеет изотопический спин I = 0, поэтому у него нет аналогов в ядрах 14 C и 14 O.)
Из И. и. следует закон сохранения полного изотопического спина I в процессах, обусловленных сильными взаимодействиями. Этот закон приводит к определённым соотношениям между вероятностями процессов для различных частиц, входящих в одинаковые изотопические мультиплеты, а также к запрету некоторых реакций [например, реакция d + d ® 4 He + p° не может происходить за счёт сильных взаимодействий, так как для d (дейтрона) и 4 He I = 0, а для p°-мезона I = 1]. Экспериментальной проверке таких предсказаний посвящено много работ на ускорителях заряженных частиц высокой энергии.
И. и. имеет место только для сильных взаимодействий и нарушается электромагнитными взаимодействиями (явно зависящими от электрических зарядов частиц, т. е. от I 3 ), «сила» которых по порядку величины составляет примерно 1% от сильных взаимодействий. Различие электромагнитных взаимодействий для разных частиц, входящих в один и тот же изотопический мультиплет, и обусловливает различие в их массах.
Лит. см. при ст. Элементарные частицы .
С. С. Герштейн.
Изотопический спин
Изотопи'ческий спин, одна из характеристик сильно взаимодействующих частиц, определяющая (вместе с другими характеристиками — массой, спином , барионным зарядом ) ее принадлежность к группе частиц с близкими свойствами (но разными электрическими зарядами), одинаковым образом участвующих в сильных взаимодействиях . См. Изотопическая инвариантность .
Изотопные индикаторы
Изото'пные индика'торы, вещества, имеющие отличный от природного изотопный состав и благодаря этому используемые в качестве метки при изучении самых разнообразных процессов. Роль изотопной метки выполняют стабильные или радиоактивные изотопы химических элементов, которые легко могут быть обнаружены и определены количественно. Высокая чувствительность и специфичность И. и. позволяют проследить за ними в сложных процессах перемещения, распределения и превращения веществ в сколь угодно сложных системах, в том числе и в живых организмах.
