g-фактор

g-фа́ктор — множитель, связывающий между собой гиромагнитное отношение частицы с классическим значением гиромагнитного соотношения:

$\gamma = g \gamma_0$.

Для классической частицы g-фактор равен 1, для свободных квантовых частиц с отличным от нуля спином, это значение равно 2, для реальных частиц экспериментально определённое значение g-фактора может отличаться как от 1, так и от 2, и является одной из характеристик частицы.

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, выявили, что g-фактор электрона отличается от двух. Пояснение этому дал Джулиан Швингер в рамках квантовой электродинамики. Отличие обусловлено взаимодействием электрона с виртуальными фотонами. Теоретическое значение величины

$a = \frac{||g|-2|}{2} = \frac{1}{2} \left( \frac{\alpha}{\pi} \right) - 0,328479\left( \frac{\alpha}{\pi} \right)^2 + 1,29\left( \frac{\alpha}{\pi} \right)^3$,

где $\alpha$ — 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

Значения приведены на сайте NIST

Элементарная частица	g-фактор	Ошибка
Электрон $g_\mathrm{e}$	−2,0023193043622	0,0000000000015
Нейтрон $g_\mathrm{n}$	−3,82608545	0,00000090
Протон $g_\mathrm{p}$	5,585694713	0,000000046
Мюон $g_{\mu}$	−2,0023318414	0,0000000012

Источники

• Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. — Москва : Мир, 1979