G-Фактор
g-Фа́ктор — множитель, связывающий гиромагнитное отношение частицы с классическим значением гиромагнитного отношения:
где классическое значение равно
q — заряд частицы, m — её масса, c — скорость света в вакууме.
Для классической частицы g-фактор равен 1, для свободных квантовых частиц со спином ½ эта величина равна 2, согласно уравнению Дирака. Для реальных частиц экспериментально определённое значение g-фактора может отличаться как от 1, так и от 2, и является одной из характеристик частицы.
Иногда g-фактор определяют с учётом знака согласно равенству
где μS — магнитный момент частицы, связанный с её спином S.
g-Фактор электрона
Уравнение Дирака, описывающее квантовый электрон, даёт для g-фактора значение −2. Однако экспериментальные исследования, которые провели в 1947 году Поликарп Куш и Фоли, показали, что g-фактор электрона отличается от двойки. Объяснение этому дал Джулиан Швингер в рамках квантовой электродинамики. Отличие обусловлено взаимодействием электрона с виртуальными фотонами. Теоретическое значение относительного отклонения g-фактора электрона от двойки равно
где α — постоянная тонкой структуры. Это значение согласуется с экспериментальным с точностью до 10−6.
В 1955 году Поликарп Куш получил Нобелевскую премию по физике за точное измерение магнитного момента электрона, а следовательно, и g-фактора.
g-Факторы других частиц
g-Фактор другого лептона, мюона, почти не отличается от g-фактора электрона, поскольку также обусловлен электромагнитным взаимодействием. g-факторы адронов значительно отличаются от теоретических значений, поскольку в их формировании принимают участие виртуальные частицы, переносящие сильное взаимодействие.
g-Факторы разных частиц (с учётом знака)
Частица | g-фактор (погрешность) |
---|---|
Электрон | −2,00231930436153(53)[1] |
Мюон | −2,0023318418(13)[2] |
Нейтрон | −3,8260854(90)[3] |
Протон | +5,585694713(46)[4] |
Тритон | +5,957924896(76)[5] |
Дейтрон | +0,8574382308(72)[6] |
Гелион | −4,255250613(50)[7] |
Источники
- Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. — М.: Мир, 1979.
Примечания
- ↑ NIST: elecron g factor Архивная копия от 6 сентября 2010 на Wayback Machine.
- ↑ NIST: muon g factor Архивная копия от 10 сентября 2012 на Wayback Machine
- ↑ NIST: neutron g factor Архивная копия от 7 августа 2013 на Wayback Machine.
- ↑ NIST: proton g factor Архивная копия от 7 августа 2013 на Wayback Machine
- ↑ NIST: triton g factor Архивная копия от 14 сентября 2012 на Wayback Machine
- ↑ NIST: deuteron g factor Архивная копия от 22 января 2015 на Wayback Machine
- ↑ NIST: helion g factor Архивная копия от 22 января 2015 на Wayback Machine
- ↑ Страница NIST (неопр.). Дата обращения: 3 мая 2012. Архивировано 3 марта 2016 года.
- ↑ Peter J. Mohr, David B. Newell, Barry N. Taylor. CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2014 // arXiv:1507.07956 [physics]. — 2015-07-21. Архивировано 2 июля 2016 года.