Аномальный магнитный момент

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Аномальный магнитный момент — отклонение величины магнитного момента элементарной частицы от значения, предсказываемого квантовомеханическим релятивистским уравнением движения частицы[1]. В квантовой электродинамике аномальный магнитный момент электрона и мюона вычисляется методом радиационных поправок[2] (пертурбативным методом), в квантовой хромодинамике магнитные моменты сильно взаимодействующих частиц (адронов) вычисляются методом операторного разложения[3] (непертурбативным методом).

Значение для электрона[править | править код]

Магнитный момент электрона вычислен с высокой точностью. Его теоретическая величина может быть представлена как разложение в ряд по степеням постоянной тонкой структуры и (на 1978 год) даётся формулой[2]:

где  — магнитный момент электрона из теории Дирака (магнетон Бора),  — постоянная тонкой структуры.

Эксперимент (2003 год) дает следующее значение магнитного момента электрона[4]:

 , c относительной погрешностью

Аномальный магнитный момент частицы со спином удобно выражать через т. н. аномалию . Для электрона экспериментальные и теоретические значения аномального магнитного момента согласуются с высокой точностью, экспериментальное значение , теоретическое значение  [1].

Значение для мюона[править | править код]

Теоретическое значение магнитного момента для мюона дается формулой[5]:

Значения для нейтрона и протона[править | править код]

Собственный магнитный момент для протона по модифицированному уравнению Дирака должен равняться ядерному магнетону. В действительности он равен [6].

У нейтрона согласно уравнению Дирака не должно быть магнитного момента, поскольку нейтрон не несёт электрического заряда, но опыт показывает, что магнитный момент существует и составляет примерно   с относительной погрешностью .[4]

Аномальные магнитные моменты протона и нейтрона возникают из-за того, что протон и нейтрон в действительности состоят из электрически заряженных кварков.

Отношение магнитных моментов нейтрона и протона объясняется кварковой теорией[7]

Теоретические значения магнитных моментов протона и нейтрона в рамках теории КХД, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными, были получены Б. Л. Иоффе и А. В. Смилгой в 1983 году[3]. Они составляют (в единицах ):

Для протона:

для нейтрона:

где  — вакуумное среднее кваркового поля (кварковый конденсат), определяемое методами алгебры токов из экспериментальных данных по распаду пиона[8][9]

Магнитный момент кварка[править | править код]

Магнитный момент кварка в раз превышает «магнетон кварка» , где  — «приведённая масса» кварка,  — масса кварка,  — масса протона,  — глубина потенциальной ямы для кварка в нуклоне. Величина , в согласии с экспериментальными данными по электромагнитным распадам[10].

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 «Физическая энциклопедия», под ред. А. М. Прохорова, 1988 г., ст. «Аномальный магнитный момент»
  2. 1 2 «Физика микромира», гл. ред. Д. В. Ширков, «Советская энциклопедия», М., 1980, 530.1(03) Ф50, «Квантовая теория поля», п. 3 «Теория возмущений и перенормировки», пп. 4 «Некоторые наблюдаемые вакуумные эффекты», «Аномальный магнитный момент электрона», с. 92-93
  3. 1 2 Ioffe B. L., Smilga A. V. Nucleon magnetic moments moments and properties of the vacuum in QCD» Nuclear Physics.— B232 (1984) 109—142
  4. 1 2 Яворский Б. М. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов, Б. М. Яворский, А. А. Детлаф, А. К. Лебедев, 8-е изд., перераб. и испр., М., ООО «Издательство Оникс», ООО «Издательство Мир и образование», 2006, 1056 с., илл., ISBN 5-488-00330-4 (ООО «Издательство Оникс»), ISBN 5-94666-260-0 (ООО «Издательство Мир и образование»), ISBN 985-13-5975-0 (ООО «Харвест»), приложение, п 2. «Фундаментальные физические постоянные»
  5. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. , «Теоретическая физика», в 10 томах, т. 4, / Берестецкий В. Б., Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П.  Квантовая электродинвмика, 4-е изд., испр., М., «Физматлит», 2001, 720 с., ISBN 5-9221-0058-0 (т. 4), гл. 12 «Радиационные поправки», п. 118 «Аномальный магнитный момент электрона», с. 579—581;
  6. Direct high-precision measurement of the magnetic moment of the proton Nature 509, 596–599 (29 May 2014)
  7. Зельдович Я. Б. Классификация элементарных частиц и кварки «в изложении для пешеходов»// УФН, 1965, № 6
  8. Weinberg S. A. Festschrift for I.I. Rabi, ed. L. Motz (Academy of Sciences, N.Y.,1977)
  9. Ioffe B. L. Calculation of baryon masses in Quantum Chromodynamics // Nuclear Physics B188 (1981) 317—341
  10. Коккедэ Я. Теория кварков, М., Мир, 1971, Глава 11. Магнитные моменты. 2. Аномальный магнитный момент кварка, стр. 117—119