G-Фактор

Шаблон:Заголовок со строчной буквы g-Фа́ктор — множитель, связывающий гиромагнитное отношение частицы с классическим значением гиромагнитного отношения:

$\gamma =g{\gamma }_0,$

где классическое значение равно

${\gamma }_0=q/2mc,$

q — заряд частицы, m — её масса, c — скорость света в вакууме.

Для классической частицы g-фактор равен 1, для свободных квантовых частиц со спином ½ эта величина равна 2, согласно уравнению Дирака. Для реальных частиц экспериментально определённое значение g-фактора может отличаться как от 1, так и от 2, и является одной из характеристик частицы.

Иногда g-фактор определяют с учётом знака согласно равенству

${\mathit{\mu }}_S=\frac{g|q|}{2mc}𝑺,$

где μ_S — магнитный момент частицы, связанный с её спином S.

g-Фактор электрона

Уравнение Дирака, описывающее квантовый электрон, даёт для g-фактора значение −2. Однако экспериментальные исследования, которые провели в 1947 году Поликарп Куш и Фоли, показали, что g-фактор электрона отличается от двойки. Объяснение этому дал Джулиан Швингер в рамках квантовой электродинамики. Отличие обусловлено взаимодействием электрона с виртуальными фотонами. Теоретическое значение относительного отклонения g-фактора электрона от двойки равно

$a=\frac{||g|-2|}{2}=\frac{1}{2}\frac{\alpha }{\pi }-0,328479{\left(\frac{\alpha }{\pi }\right)}^2+1,29{\left(\frac{\alpha }{\pi }\right)}^3+\dots ,$

где Шаблон:Math — постоянная тонкой структуры. Это значение согласуется с экспериментальным с точностью до 10⁻⁶.

В 1955 году Поликарп Куш получил Нобелевскую премию по физике за точное измерение магнитного момента электрона, а следовательно, и g-фактора.

g-Факторы других частиц

g-Фактор другого лептона, мюона, почти не отличается от g-фактора электрона, поскольку также обусловлен электромагнитным взаимодействием. g-факторы адронов значительно отличаются от теоретических значений, поскольку в их формировании принимают участие виртуальные частицы, переносящие сильное взаимодействие.

g-Факторы разных частиц (с учётом знака)

Значения приведены на сайте NIST (значения для тритона, дейтрона и гелиона приведены в ядерных магнетонах, то есть отличаются от определения в начале статьи)

Частица	g-фактор (погрешность)
Электрон $g_{\mathrm{e}}$	−2,00231930436153(53)
Мюон $g_{\mu }$	−2,0023318418(13)
Нейтрон $g_{\mathrm{n}}$	−3,8260854(90)
Протон $g_{\mathrm{p}}$	+5,585694713(46)
Тритон $g_{\mathrm{t}}$	+5,957924896(76)
Дейтрон $g_{\mathrm{d}}$	+0,8574382308(72)
Гелион $g_{\mathrm{h}}$	−4,255250613(50)

Источники

• Фрауэнфельдер Г., Хенли Э. Субатомная физика. — М.: Мир, 1979.