Unormalt magnetisk øjeblik

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 15. marts 2021; checks kræver 13 redigeringer .

Et unormalt magnetisk moment er en afvigelse af størrelsen af det magnetiske moment for en elementarpartikel fra værdien forudsagt af den kvantemekaniske relativistiske ligning for partikelbevægelse [1] . I kvanteelektrodynamik beregnes det unormale magnetiske moment af en elektron og en myon ved metoden med strålingskorrektioner [2] (perturbativ metode), i kvantekromodynamik beregnes de magnetiske momenter af stærkt interagerende partikler (hadroner) af operatørens ekspansion metode [3] (ikke-perturbativ metode).

Betydning for elektronen

Elektronens magnetiske moment beregnes med høj nøjagtighed. Dens teoretiske værdi kan repræsenteres som en potensrækkeudvidelse af finstrukturkonstanten og (fra 1978) er givet ved formlen [2] : $\alfa$

\mu _{theor}=\mu _{0}\left[1+{\frac {\alpha }{2\pi }}-0,32848{\frac {\alpha ^{2}}{ \pi ^{2}}}+1.184175{\frac {\alpha ^{3}}{\pi ^{3}}}+\dots \right]=1.001159652236(28)\mu _{0},

hvor er elektronens magnetiske moment fra Dirac teorien ( Bohr magneton ), er den fine struktur konstant . $\mu _{0}={\frac {e\hbar }{2m_{{e}}c}}$ $\alpha ={\frac {e^{2}}{\hbar {c}}}$

Eksperimentet (2003) giver følgende værdi af elektronens magnetiske moment [4] :

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

, med relativ fejl

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

Det er praktisk at udtrykke det unormale magnetiske moment af en partikel med spin i form af det såkaldte. anomali . For en elektron er de eksperimentelle og teoretiske værdier af det anomale magnetiske moment i overensstemmelse med høj nøjagtighed, eksperimentel værdi , teoretisk værdi [1] . $1/2$ $a=(g-2)/2$ $a_{{e}}^{{exp}}=1159652193(4)\ gange 10^{{-12}}$ $a_{{e}}^{{theor}}=1159652460\ gange 10^{{-12}}$

Betydning for myonen

Den teoretiske værdi af det magnetiske moment for myonen i den første tilnærmelse er givet ved formlen [5] :

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

Den mest nøjagtige teoretiske værdi af myonens unormale magnetiske moment er:

a μSM = 11659 1804 ( 51)×10 −11

Den mest nøjagtige eksperimentelle værdi af det unormale magnetiske muon-moment:

a μ exp = 11659 2061 (41) × 10 −11

Uoverensstemmelsen mellem de eksperimentelle og teoretiske værdier af en μ er muligvis en ukendt effekt af fysik uden for standardmodellen .

Betydning for tau lepton

Ifølge standardmodellens forudsigelser skulle tauleptonens unormale magnetiske dipolmoment være lig med

a_{\tau }=0,00117721(5)

mens det bedst eksperimentelt målte estimat er inden for $a_{\tau }$

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

Den meget korte levetid for en tau lepton (2,9⋅10 −13 s) er en alvorlig teknisk hindring for højpræcisionsmåling af . $a_{\tau }$

Værdier for neutron og proton

Ifølge den modificerede Dirac-ligning skulle det iboende magnetiske moment for protonen være lig med kernemagnetonen . Faktisk er det lig med [6] . $\mu _{{p}}=2,792847350(9)\ gange \mu _{{N}}$

Ifølge Dirac-ligningen skal neutronen ikke have et magnetisk moment, da neutronen ikke bærer en elektrisk ladning , men erfaring viser, at det magnetiske moment eksisterer og er omtrent med en relativ fejl . [fire] $\mu _{{n}}=-1,91304272(45)\ gange \mu _{{N}}$ $2,4\gange 10^{{-7}}$

De unormale magnetiske momenter for protonen og neutronen opstår af, at protonen og neutronen faktisk består af elektrisk ladede kvarker .

Forholdet mellem neutronens og protonens magnetiske momenter forklares af kvarkteorien [7] ${\frac {\mu _{{n))}{\mu _{{p))))=-{\frac {2}{3))$

Teoretiske værdier af de magnetiske momenter af protonen og neutronen inden for rammerne af QCD- teorien , som er i god overensstemmelse med de eksperimentelle data, blev opnået af B. L. Ioffe og A. V. Smilga i 1983 [3] . De er (i enheder ): $\mu _{{N}}$

for proton:

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

for en neutron:

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

hvor er vakuumforventningsværdien af kvarkfeltet (kvarkkondensat) bestemt ved gængse algebrametoder ud fra eksperimentelle data om pionhenfald [8] [9] . ${\displaystyle a=-(2\pi )^{2}<0\mid {\overline {q))q\midt 0>~\ca. ~0,55GeV^{3))$

Det magnetiske moment af en kvark

Det magnetiske moment for en kvark er flere gange større end "kvarkmagnetonen" , hvor er kvarkens " reducerede masse ", er kvarkens masse, er protonens masse, er dybden af potentialebrønden for kvarken i nukleonet. Værdien , i overensstemmelse med de eksperimentelle data om elektromagnetiske henfald [10] . $g=2,79{\frac {m_{{q}}^{{*}}}{m_{{p}}}}$ ${\frac {e\hbar }{2m_{{q}}c}}$ $m_{{q}}^{{*}}=m_{{q}}-U_{{0}}$ $m_{{q}}$ $m_{{p}}$ $U_{{0}}$ $g\ca 1$

Noter

↑ 1 2 Physical Encyclopedia » / udg. A. M. Prokhorova . - 1988, art. "Anomalt magnetisk øjeblik"
↑ 1 2 Mikroverdenens fysik / kap. udg. D. V. Shirkov . - M.: Soviet Encyclopedia, 1980. - 530.1 (03) F50, "Quantum field theory", s. 3 "Perturbation theory and renormalization", s. 3. 4 "Nogle observerbare vakuumeffekter", "Anomalt magnetisk moment af en elektron", s. 92-93
↑ 1 2 Ioffe BL, Smilga AV Nukleonmagnetiske momenter og egenskaber af vakuumet i QCD" Nuclear Physics.— B232 (1984) 109-142
↑ 1 2 Yavorsky B. M. Håndbog i fysik for ingeniører og universitetsstuderende, B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf, A. K. Lebedev, 8. udgave, revideret. og rettet, 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), appendiks, s. 2 "Fundamentale fysiske konstanter"
↑ Landau L. D. , Lifshits E. M. , “ Theoretical Physics ”, i 10 bind, bind 4, / Berestetsky V. B. , Lifshits E. M. , Pitaevsky L. P. Quantum electrodynamics, 4. udgave, rettet, M .: 2001lit, .: ISB ,Npp . 5-9221-0058-0 (bd. 4), kap. 12 "Strålingskorrektioner", s. 118 "Anomalt magnetisk moment for elektronen", s. 579-581;
↑ Direkte højpræcisionsmåling af det magnetiske moment af protonen Nature 509, 596–599 (29. maj 2014)
↑ Zel'dovich Ya . _ _ _ _ _
↑ Weinberg S. A. Festschrift for II Rabi, red. L. Motz (Academy of Sciences, NY, 1977)
↑ Ioffe BL Beregning af baryonmasser i kvantekromodynamik // Nuclear Physics B188 (1981) 317-341
↑ Kokkede Ya. Teori om kvarker. - M.: Mir, 1971. - Kapitel 11. Magnetiske øjeblikke. 2. Unormalt magnetisk moment af en kvark, s. 117-119

kvanteelektrodynamik
Elektron Positron Foton Unormalt magnetisk øjeblik Casimir effekt Lammeskifte Scharnhorst effekt positronium