粒子磁矩
基本内容
粒子磁矩 particles，magnetic moment of
粒子的内禀属性。每种粒子都有确定的内禀磁矩。自旋为s的点粒子的磁矩μ由给出，式中e和m分别是该粒子的电荷和质量，g是一个数值因子。自旋为零的粒子磁矩为零。自旋为1／2的粒子，g＝2；自旋为1的粒子，g＝1；自旋为3／2的粒子，g＝2／3。理论上普遍给出g＝1／s。 粒子磁矩可通过实验测定。但实验测定结果并不与此相符，其间差别称为反常磁矩。对于自旋均为1／2的电子、μ子、质子和中子，精确测定其g因子分别为 电子 g／2＝1.001159652193（10） μ子 g／2＝1.001165923（8） 质子 g／2＝2.792847386（63） 中子 g／2＝－1.91304275（45） 粒子反常磁矩的来源有二：一是量子电动力学的辐射修正，电子、μ子属于这种情形，即使是点粒子，粒子产生的电磁场对其自身的作用导致自旋磁矩的微小变化，这一改变可以严格地用量子电动力学精确计算，结果与实验测定符合得很好；另一是由于粒子有内部结构和强相互作用的影响，质子和中子属于这种情形，质子和中子的反常磁矩用于分析其内部结构。 按照在电磁场中运动的点粒子的相对论性波动方程式，自旋为s的点粒子的磁矩 .由 公式给出。其中e和m分别是该粒子的电荷和质量，с为真空中的光速,g是一个数值因子：对自旋量子数为 公式的粒子,g=2；对自旋量子数为1的粒子，g=1。粒子磁矩的这一部分称为正常磁矩；偏离上式部分称为反常磁矩。 自旋为零的粒子磁矩也为零。自旋不为零的粒子磁矩可以通过实验测量，即使是电荷中性的粒子也有可能具有不为零的磁矩。粒子的反常磁矩的来源主要有以下两个方面。 ① 量子电动力学的辐射修正。即使粒子是点粒子，这种辐射修正也是不可避免的，它导致反常磁矩的出现。例如电子磁矩以 公式为单位(其中me为电子质量, 啚＝ 公式，h为普朗克常数)，只考虑正常磁矩，其值为1,考虑了辐射修正后，理论预言值为 1.001159652460±0.000000000148， 实验测得其值为 1.001159652209±0.000000000031。 ②粒子的内部结构和强相互作用的影响。如果质子和中子是点粒子，则它们的正常磁矩以 公式为单位，取值应分别为1和0，其中mp为质子的质量。实验测得质子和中子的磁矩值分别为 2.7928456±0.0000011，-(1.91304184±0.00000088)。 它们的反常磁矩很大，不能完全归之于量子电动力学的辐射修正。它们主要是由于粒子的内部结构和强相互作用的影响所造成，并可用粒子的结构理论给以定量说明。