Anomální magnetický moment

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 15. března 2021; kontroly vyžadují 13 úprav .

Anomální magnetický moment je odchylka velikosti magnetického momentu elementární částice od hodnoty předpovězené kvantově mechanickou relativistickou rovnicí pohybu částice [1] . V kvantové elektrodynamice se anomální magnetický moment elektronu a mionu vypočítává metodou radiačních korekcí [2] (poruchová metoda), v kvantové chromodynamice se magnetické momenty silně interagujících částic (hadronů) počítají pomocí operátorové expanze. metoda [3] (neporuchová metoda).

Význam pro elektron

Magnetický moment elektronu je vypočítán s vysokou přesností. Jeho teoretickou hodnotu lze vyjádřit jako rozšíření mocninné řady konstanty jemné struktury a (od roku 1978) je dána vzorcem [2] : $\alpha$

\mu _{theor}=\mu _{0}\left[1+{\frac {\alpha }{2\pi }}-0,32848{\frac {\alpha ^{2}}{ \pi ^{2}}}+1,184175{\frac {\alpha ^{3}}{\pi ^{3}}}+\tečky \right]=1,001159652236(28)\mu _{0 },

kde je magnetický moment elektronu z Diracovy teorie ( Bohr magneton ), je konstanta jemné struktury . $\mu _{0}={\frac {e\hbar }{2m_{{e}}c}}$ $\alpha ={\frac {e^{2}}{\hbar {c}}}$

Experiment (2003) udává následující hodnotu magnetického momentu elektronu [4] :

\mu _{{exp}}=1,0011596521869(41)\times \mu _{{0}}

, s relativní chybou

4,0\times 10^{-12},

Anomální magnetický moment částice se spinem je vhodné vyjádřit pomocí tzv. anomálie . U elektronu jsou experimentální a teoretické hodnoty anomálního magnetického momentu v souladu s vysokou přesností, experimentální hodnotou , teoretickou hodnotou [1] . $1/2$ $a=(g-2)/2$ $a_{{e}}^{{exp}}=1159652193(4)\times 10^{{-12}}$ $a_{{e}}^{{theor}}=1159652460\times 10^{{-12}}$

Význam pro mion

Teoretická hodnota magnetického momentu pro mion v první aproximaci je dána vzorcem [5] :

\mu _{muon}\cca {\frac {e\hbar }{2m_{\mu }c}}\left[1+{\frac {\alpha }{2\pi }}+0,76 {\ frac {\alpha ^{2}}{\pi ^{2}}}\right]

Nejpřesnější teoretická hodnota anomálního magnetického momentu mionu je:

a μSM = 11659 1804 ( 51)×10 −11

Nejpřesnější experimentální hodnota mionového anomálního magnetického momentu:

a μ exp = 11659 2061 (41) × 10 −11

Nesoulad mezi experimentálními a teoretickými hodnotami μ je možná neznámým účinkem fyziky mimo standardní model .

Význam pro tau lepton

Podle předpovědí Standardního modelu by měl být anomální magnetický dipólový moment tau leptonu roven

a_{\tau }=0.00117721(5)

zatímco nejlepší experimentálně naměřený odhad je uvnitř ${\displaystyle a_{\tau ))$

-0,052<a_{\tau }<+0,013

Velmi krátká životnost tau leptonu (2,9⋅10 −13 s) je vážnou technickou překážkou pro vysoce přesné měření . ${\displaystyle a_{\tau ))$

Hodnoty pro neutron a proton

Podle upravené Diracovy rovnice by se vlastní magnetický moment pro proton měl rovnat nukleárnímu magnetonu . Ve skutečnosti se rovná [6] . $\mu _{{p}}=2,792847350(9)\times \mu _{{N}}$

Podle Diracovy rovnice by neutron neměl mít magnetický moment, protože neutron nenese elektrický náboj , ale zkušenost ukazuje, že magnetický moment existuje a je přibližně s relativní chybou . [čtyři] $\mu _{{n}}=-1,91304272(45)\times \mu _{{N}}$ $2,4\krát 10^{{-7}}$

Anomální magnetické momenty protonu a neutronu vznikají ze skutečnosti, že proton a neutron se ve skutečnosti skládají z elektricky nabitých kvarků .

Poměr magnetických momentů neutronu a protonu vysvětluje kvarková teorie [7] ${\frac {\mu _{{n))}{\mu _{{p))))=-{\frac {2}{3))$

Teoretické hodnoty magnetických momentů protonu a neutronu v rámci teorie QCD , které jsou v dobré shodě s experimentálními daty, získali B. L. Ioffe a A. V. Smilga v roce 1983 [3] . Jsou to (v jednotkách ): $\mu _{{N}}$

pro proton:

\mu _{p}={\frac {8}{3}}(1+{\frac {1}{6}}{\frac {a}{m_{p}^{3}}} )=2,9(3),

pro neutron:

\mu _{n}=-{\frac {4}{3}}(1+{\frac {2}{3}}{\frac {a}{m_{n}^{3}} })=-1,9(2),

kde je očekávaná hodnota vakua kvarkového pole (kvarkového kondenzátu) určená současnými metodami algebry z experimentálních dat o rozpadu pionů [8] [9] . ${\displaystyle a=-(2\pi )^{2}<0\mid {\overline {q))q\mid 0>~\cca ~0,55 GeV^{3))$

Magnetický moment kvarku

Magnetický moment kvarku je několikrát větší než „kvarkový magneton“ , kde je „ redukovaná hmotnost “ kvarku, je hmotnost kvarku, je hmotnost protonu, je hloubka potenciálové jámy pro kvarku v nukleonu. Hodnota , v souladu s experimentálními údaji o elektromagnetických rozpadech [10] . $g=2,79{\frac {m_{{q}}^{{*}}}{m_{{p}}}}$ ${\frac {e\hbar }{2m_{{q}}c}}$ $m_{{q}}^{{*}}=m_{{q}}-U_{0}}$ $m_{{q}}$ $m_{{p}}$ $U_{{0}}$ $g\cca 1$

Poznámky

↑ 1 2 Fyzická encyklopedie » / ed. A. M. Prochorova . - 1988, čl. "Anomální magnetický moment"
↑ 1 2 Fyzika mikrosvěta / kap. vyd. D. V. Širkov . - M.: Sovětská encyklopedie, 1980. - 530.1 (03) F50, "Kvantová teorie pole", str. 3 "Perturbační teorie a renormalizace", str. 4 „Některé pozorovatelné efekty vakua“, „Anomální magnetický moment elektronu“, str. 92-93
↑ 1 2 Ioffe BL, Smilga AV Nukleonové magnetické momenty a vlastnosti vakua v QCD" Nuclear Physics.— B232 (1984) 109-142
↑ 1 2 Yavorsky B. M. Příručka fyziky pro inženýry a vysokoškoláky, B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf, A. K. Lebedev, 8. vyd., přepracováno. a opraveno, M .: Oniks Publishing House LLC, World and Education Publishing House LLC, 2006. - 1056 s. — ISBN 5-488-00330-4 (Oniks Publishing House LLC), ISBN 5-94666-260-0 (Mir and Education Publishing House LLC), ISBN 985-13-5975-0 (Harvest LLC), příloha, s. 2 "Základní fyzikální konstanty"
↑ Landau L. D. , Lifshits E. M. , “ Theoretical Physics “, v 10 svazcích, sv. 4, / Berestetsky V. B. , Lifshits E. M. , Pitaevsky L. P. Quantum electrodynamics, 4. vyd., opraveno, M 20matlit ., 208. ISBN 5-9221-0058-0 (vol. 4), kap. 12 "Korekce záření", str. 118 "Anomální magnetický moment elektronu", str. 579-581;
↑ Přímé vysoce přesné měření magnetického momentu protonu Nature 509, 596–599 (29. května 2014)
↑ Zel'dovich Ya . _ _ _ _ _
↑ Weinberg S. A. Festschrift pro II Rabi, ed. L. Motz (Akademie věd, NY, 1977)
↑ Ioffe BL Výpočet baryonových hmotností v kvantové chromodynamice // Nuclear Physics B188 (1981) 317-341
↑ Kokkede Ya. Teorie kvarků. - M.: Mir, 1971. - Kapitola 11. Magnetické momenty. 2. Anomální magnetický moment kvarku, str. 117-119

kvantová elektrodynamika
Elektron Pozitron Foton Anomální magnetický moment Casimirův efekt Jehněčí posun Scharnhorstův efekt pozitronium