同位旋

描述強子內部性質的一種量子數。質子 (p)和中子(n)除電荷不同造成的差異外，性質非常相似。關於“鏡像核”（即質子數與中子數互換的一對核）激發能級的實驗表明，當略去核子之間的電磁相互作用時,p-p的強相互作用能與n-n的相等，此即核力的電荷無關性。從低能散射實驗中還得到對於電荷無關性的其他證據。這意味著，對於強相互作用來說，質子和中子是完全相同的，可以把它們看成是一種粒子──核子的兩種狀態。質子和中子的這種內部對稱性質可以用同位旋──一種與普通空間中的自旋類似的內部對稱量子數來描述：核子的同位旋，I沿第三軸的分量可取和，分別對應質子和中子。或者說，質子和中子是一個同位旋二重態。原子核的同位旋可以由質子和中子的同位旋“合成”得到，稱作同位旋多重態。與相互作用在普通空間的轉動不變性保證能級與角動量的第三分量取值無關類似，強相互作用在同位旋空間的轉動不變性將導致能級與同位旋的第三分量取值無關。因此核力的電荷無關性正是強相互作用的同位旋轉動不變性的結果。同位旋轉動不變性保證同位旋守恆。由於電荷與有關，電磁相互作用不具有同位旋空間的轉動不變性並因而破壞同位旋守恆。弱相互作用也破壞同位旋守恆。同一同位旋多重態中的質量差異是由電磁作用和弱作用引起的。除質子、中子及由它們組成的原子核外，其他強子也都具有確定的同位旋，都以同位旋多重態的形式出現。強相互作用的同位旋轉動不變性對於所有強子都是成立的。

目前對於同位旋的進一步認識是，強子的同位旋反映了組成強子的 u夸克和 d夸克之間的對稱性。強相互作用的同位旋轉動不變性反映了強相互作用與夸克的味無關性的一個方面的表現。強子的同位旋量子數I和可以由組成強子的u夸克和 d夸克的同位旋“合成”得到（見強子結構）。