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质子和中子统称为核子，质子和中子的质量相近[ m p =（938.27231±0.00028）MeV， m n =（939.56563±0.00028）MeV]，自旋都是 1/2，重子数都是 1。它们的区别只是荷电不同，质子电荷为+1，中子电荷为 0，它们是同一种粒子但处于不同的荷电状态，它们质量的微小差别可以归结于荷电状态不同。同位旋（Isospin）就是用来描述粒子荷电状态的量子数，用符号I来表示。
德国物理学家海森堡提出，由于质子和中子如此相似，我们可以把它描写为一种粒子，即核子N的两个不同的带电状态，这就引进了“同位旋”的概念（图 3-3）。在强相互作用中，同位旋守恒。
图 3-3 海森堡
同位旋的名称来源于类比，之所以称为“同位”是和同位素概念类比而来的。同位素是指在周期表中位置相同但质量不同的元素，由于质子和中子的质量仅有微小的差异，它们在强相互作用中的地位相同，因而借用了“同位”这个词。
同位旋之所以叫作“旋”是类比于自旋。同位旋在概念上与自旋相似，只是它们隶属于不同的空间，同位旋是指在某种假想空间中的“角动量”，自旋是现实三维空间中的角动量。同位旋和自旋的相似性在于它们的数学结构完全相同，描述同位旋性质的数学工具也和描述自旋的数学工具相同。
对于同位旋，类比于自旋在普通三维空间某一特定方向的投影，也引入一种假想空间中某个方向的投影，其值称为同位旋的第三分量 I 3 ，它的值与粒子所带电荷有关，且只有两个值：
质子和中子的同位旋量子数都是 1/2，用 I 3 =1/2 来表示质子； I 3 =-1/2来表示中子。根据实验可知，每个强相互作用粒子都有一定的同位旋及其第三分量。
除了质量、电荷、自旋、寿命、同位旋以外，还有许多表征粒子特性的物理量，称为量子数，有的专属某一大类粒子，这些物理量的取值反映了粒子参与的相互作用性质和行为，这里暂且不表。