Onormalt magnetiskt ögonblick

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 15 mars 2021; kontroller kräver 13 redigeringar .

Ett anomalt magnetiskt moment är en avvikelse av storleken på det magnetiska momentet för en elementarpartikel från värdet som förutsägs av den kvantmekaniska relativistiska ekvationen för partikelrörelse [1] . Inom kvantelektrodynamik beräknas det anomala magnetiska momentet för en elektron och en myon med metoden för strålningskorrigeringar [2] (perturbativ metod), i kvantkromodynamik beräknas de magnetiska momenten för starkt interagerande partiklar (hadroner) av operatörens expansion metod [3] (icke-perturbativ metod).

Betydelse för elektronen

Elektronens magnetiska moment beräknas med hög noggrannhet. Dess teoretiska värde kan representeras som en potensserieexpansion av finstrukturkonstanten och (från 1978) ges av formeln [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 },

där är det magnetiska momentet för elektronen från Dirac-teorin ( Bohr-magneton ), är finstrukturens konstant . $\mu _{0}={\frac {e\hbar }{2m_{{e}}c}}$ $\alpha ={\frac {e^{2}}{\hbar {c}}}$

Experimentet (2003) ger följande värde på elektronens magnetiska moment [4] :

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

, med relativt fel

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

Det är bekvämt att uttrycka det anomala magnetiska momentet för en partikel med spin i termer av den så kallade. anomali . För en elektron är de experimentella och teoretiska värdena för det anomala magnetiska momentet förenliga med hög noggrannhet, experimentellt värde , teoretiskt värde [1] . $1/2$ $a=(g-2)/2$ $a_{{e}}^{{exp}}=1159652193(4)\ gånger 10^{{-12}}$ $a_{{e}}^{{theor}}=1159652460\ gånger 10^{{-12}}$

Betydelse för myonen

Det teoretiska värdet av det magnetiska momentet för myonen i den första approximationen ges av formeln [5] :

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

Det mest exakta teoretiska värdet av myonens anomala magnetiska moment är:

a μSM = 11659 1804 ( 51)×10 −11

Det mest exakta experimentella värdet av det avvikande magnetiska momentet i myon:

a μ exp = 11659 2061 (41) × 10 −11

Diskrepansen mellan de experimentella och teoretiska värdena för en μ är möjligen en okänd effekt av fysiken utanför standardmodellen .

Betydelse för tau lepton

Enligt standardmodellens förutsägelser bör tauleptonens anomala magnetiska dipolmoment vara lika med

a_{\tau }=0.00117721(5)

medan den bästa experimentellt uppmätta uppskattningen är inom $a_{\tau }$

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

Den mycket korta livslängden för en taulepton (2,9⋅10 −13 s) är ett allvarligt tekniskt hinder för högprecisionsmätning av . $a_{\tau }$

Värden för neutron och proton

Enligt den modifierade Dirac-ekvationen bör det inre magnetiska momentet för protonen vara lika med kärnmagneten . I själva verket är det lika med [6] . $\mu _{{p}}=2.792847350(9)\ gånger \mu _{{N}}$

Enligt Dirac-ekvationen ska neutronen inte ha ett magnetiskt moment, eftersom neutronen inte bär en elektrisk laddning , men erfarenheten visar att det magnetiska momentet existerar och är ungefär med ett relativt fel . [fyra] $\mu _{{n}}=-1,91304272(45)\ gånger \mu _{{N}}$ $2,4\ gånger 10^{{-7}}$

De avvikande magnetiska momenten för protonen och neutronen beror på att protonen och neutronen faktiskt består av elektriskt laddade kvarkar .

Förhållandet mellan neutronens och protonens magnetiska moment förklaras av kvarkteorin [7] ${\frac {\mu _{{n))}{\mu _{{p))))=-{\frac {2}{3))$

Teoretiska värden för de magnetiska momenten för protonen och neutronen inom ramen för QCD- teorin , som stämmer väl överens med experimentdata, erhölls av B. L. Ioffe och A. V. Smilga 1983 [3] . De är (i enheter ): $\mu _{{N}}$

för proton:

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

för en neutron:

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

var är vakuumförväntningsvärdet för kvarkfältet (kvarkkondensat) bestämt med nuvarande algebrametoder från experimentella data om pionförfall [8] [9] . ${\displaystyle a=-(2\pi )^{2}<0\mid {\overline {q))q\mid 0>~\approx ~0.55GeV^{3))$

Det magnetiska momentet för en kvark

Det magnetiska momentet för en kvark är flera gånger större än "kvarkmagnetonen" , där är kvarkens " reducerade massa ", är kvarkens massa, är protonens massa, är potentialbrunnens djup för kvarken i nukleonen. Värdet , i enlighet med experimentella data om elektromagnetiska sönderfall [10] . $g=2,79{\frac {m_{{q}}^{{*}}}{m_{{p}}}}$ ${\frac {e\hbar }{2m_{{q}}c}}$ $m_{{q}}^{{*}}=m_{{q}}-U_{{0}}$ $m_{{q}}$ $m_{{p}}$ $U_{{0}}$ $g\ca 1$

Anteckningar

↑ 1 2 Physical Encyclopedia » / ed. A. M. Prokhorova . - 1988, art. "Anomaliskt magnetiskt ögonblick"
↑ 1 2 Mikrovärldens fysik / kap. ed. D.V. Shirkov . - M.: Soviet Encyclopedia, 1980. - 530.1 (03) F50, "Quantum field theory", s. 3 "Perturbation theory and renormalization", sid. 4 "Några observerbara vakuumeffekter", "Anomala magnetiska moment hos en elektron", sid. 92-93
↑ 1 2 Ioffe BL, Smilga AV Nukleonmagnetiska moment och egenskaper hos vakuumet i QCD" Nuclear Physics.— B232 (1984) 109-142
↑ 1 2 Yavorsky B. M. Handbook of physics för ingenjörer och universitetsstudenter, B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf, A. K. Lebedev, 8:e upplagan, reviderad. och korrigerad, M .: Oniks Publishing House LLC, World and Education Publishing House LLC, 2006. - 1056 sid. — 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), bilaga, s 2 "Fundamentala fysiska konstanter"
↑ Landau L. D. , Lifshits E. M. , “ Theoretical Physics ”, i 10 volymer, vol. 4, / Berestetsky V. B. , Lifshits E. M. , Pitaevsky L. P. Quantum electrodynamics, 4th ed., corrected, M .: 2001lit, .: Fizmat ,Npp. 5-9221-0058-0 (vol. 4), kap. 12 "Strålningskorrigeringar", s. 118 "Anomala magnetiska moment hos elektronen", sid. 579-581;
↑ Direkt högprecisionsmätning av det magnetiska momentet hos protonen Nature 509, 596–599 (29 maj 2014)
↑ Zel'dovich Ya . _ _ _ _ _
↑ Weinberg S. A. Festschrift för II Rabi, ed. L. Motz (Academy of Sciences, NY, 1977)
↑ Ioffe BL Beräkning av baryonmassor i Quantum Chromodynamik // Nuclear Physics B188 (1981) 317-341
↑ Kokkede Ya. Teori om kvarkar. - M.: Mir, 1971. - Kapitel 11. Magnetiska ögonblick. 2. Anomalt magnetiskt moment för en kvark, sid. 117-119

kvantelektrodynamik
Elektron Positron Foton Onormalt magnetiskt ögonblick Casimir effekt Lammskifte Scharnhorst effekt positronium