g因子

✍ dations ◷ 2025-06-08 15:40:17 #原子物理学,原子核物理学,粒子物理学,物理常数

因子,亦称值、无量纲磁矩,是用于描述某粒子的磁矩和旋磁比的无量纲量。它是表达了观测到的粒子磁矩与其角动量量子数和某单位磁矩(一般为玻尔磁子或核磁子)之间关系的一个比例常数。

对于一个带电荷,自旋为1/2,不含内部结构的粒子(狄拉克粒子),其自旋磁矩为

其中是该粒子的自旋磁矩,是粒子的因子,是基本电荷,是粒子的质量,是粒子的自旋角动量(对于狄拉克粒子的值为/2)。

质子、中子、原子核等复合重子的磁矩由自旋产生(在自旋和磁矩均为零的情况下,无法定义因子)。循惯例,对于此类粒子使用核磁子来定义因子,因此从间接上利用了质子的质量,而不是该粒子本身的质量:

其中是该粒子的自旋磁矩,是粒子的有效因子,是粒子的自旋角动量,N是核磁子,是基本电荷,p是质子的静质量。

电子共有三个磁矩,分别来自它的自旋角动量、轨域角动量以及总角动量(前两者在量子力学下之和)。它们各有一个相应的因子。

电子自旋因子(往往简称为电子因子)e定义为:

其中s是电子自旋所产生的磁矩,是自旋角动量, μ B = e / 2 m e {\displaystyle \mu _{B}=e\hbar /2m_{e}} 因子往往定义为e的绝对值:

磁矩的分量可写作

s的值约等于2.002319。截至2006年,电子s值得实验误差值在1兆(万亿)分之一以下,是物理学中测量精度最高的物理量之一。它之所以不完全等于2,是量子电动力学中的异常磁矩所致。

电子轨域因子L定义为

其中L是电子轨域角动量所产生的的磁矩,是轨域角动量,B是玻尔磁子。如果假设原子核质量无限大,则L等于1,推导方法和经典旋磁比雷同。设l为电子轨域的磁量子数,则轨域角动量的分量为

由于L = 1,因此上式亦等于Bl

实际原子核的质量是有限的,这时可得出有效轨域因子

g L = 1 1 M , {\displaystyle g_{L}=1-{\frac {1}{M}},} 是原子核质量与电子质量之比。

最后,总角动量因子(又称朗德因子)定义为

其中是电子的总磁矩, = + 是总角动量,B是玻尔磁子。利用量子力学,可从Ls的值得出J的值,详见朗德因子。

μ子的自旋因子由下式给出:

其中是μ子自旋所产生的的磁矩,是自旋角动量,μ是μ子的质量。

μ子的自旋值约为2.002331,与电子的自旋值有细微的差异。差异的绝大部分(99.96%)可以用量子电动力学中异常磁矩的计算方法来解释:在描述μ子产生磁偶极子场的费曼图中,有包含大质量粒子的圈图,在描述电子的图中则没有。这完全是两种粒子质量不同的结果。

但是,μ子和电子因子之间的差别从理论上可以受超越标准模型的物理学所影响,所以μ子因子的精确实验测量对物理学有着重要意义。美国布鲁克黑文国家实验室在2006年公布的实验值为7000200233184160000♠2.0023318416(13),其中括号表示最后位数的不确定性;相比之下,理论值为7000200233183610000♠2.0023318361(10)。实验和理论值的差距在3.4个标准差,意味着可能存在来自超越标准模型的物理效应。布鲁克黑文的μ子储藏环已转移至费米实验室,以进行精确度更高的μ子−2测量实验(英语:Muon g−2)。

相关

  • 裂殖酵母纲裂殖酵母纲的真菌类似酵母菌,但不论基因的组织、结构及基因的表达调控等方面,还是细胞周期、rRNA的生物合成都和酵母菌并不相同,在某些方面裂殖酵母纲的真菌甚至和高等动物有一
  • 珊瑚礁珊瑚礁(英语:Coral reef)是石珊瑚目的动物形成的一种结构。这个结构可以大到影响其周围环境的物理和生态条件。在深海和浅海中均有珊瑚礁存在。它们是成千上万由碳酸钙组成的珊
  • 扩展B区中日韩统一表意文字扩展区B(英语:CJK Unified Ideographs Extension B)是一个Unicode标准,在Unicode版本3.1被引入。扩展B区包含有42,711个新的汉字,位置在 U+20000–U+2A6D6。根
  • 病毒载体病毒载体(英语:Viral vectors)是一种常使用于分子生物学的工具,可将遗传物质带入细胞。可发生于完整活体(in vivo)或是细胞培养(in vitro)中。原理是利用病毒具有传送其基因组进入其
  • 谭嗣同谭嗣同(1865年2月13日-1898年9月28日),字复生,号壮飞,斋名莽苍苍斋,湖南长沙浏阳人,出身世家,与陈三立、谭延闿并称“湖湘三公子”。清末百日维新著名人物,维新四公子及戊戌六君子之一
  • 睫毛睫毛是一种毛发,长于眼睛的眼睑的边缘。具有保护眼睛的功用,十分敏感。如果有尘埃等的异物碰到睫毛,眼睑会反射性地合上,以保护眼球。在现时世上多种文化里,长长的眼睫毛被视为一
  • 林蛙林蛙(学名:Rana temporaria)是分布在大部分欧洲地区的青蛙。北至北极圈,东至乌拉山脉,西至爱尔兰,但不包括伊比利亚半岛、意大利南部及巴尔干半岛南部。林蛙约有6-9厘米长,背部及侧
  • 蓝道申森林事件坐标:52°03′07″N 1°15′57″E / 52.0520°N 1.2657°E / 52.0520; 1.2657蓝道申森林事件(英语:Rendlesham Forest Incident)是英国萨福克郡蓝道申森林(英语:Rendlesham Forest
  • 小鸡炖蘑菇小鸡炖蘑菇是一道东北名菜,市面上所有的东北菜馆几乎都提供这道菜,正宗的做法是采用东北地区当地的榛蘑以及农家散养的土鸡炖制而成。目前见到的多是用干蘑菇、鸡肉和粉条等一
  • 晋北自治政府晋北自治政府是1937年至1939年日军占领中华民国山西省北部后扶植成立的傀儡政权。1937年9月13日,日军占领中华民国山西省大同,10月15日成立晋北自治政府,驻大同县,管辖雁北13县,