G-Фактор

g-Фа́ктор — множитель, связывающий гиромагнитное отношение частицы с классическим значением гиромагнитного отношения:

${\displaystyle \gamma =g\gamma _{0},}$

где классическое значение равно

${\displaystyle \gamma _{0}=q/{2mc},}$

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

${\displaystyle {\boldsymbol {\mu }}_{S}={\frac {g|q|}{2mc}}{\boldsymbol {S}},}$

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

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

где α — 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^[8] (значения для тритона, дейтрона и гелиона приведены в ядерных магнетонах^[9], то есть отличаются от определения в начале статьи)

Частица	g-фактор (погрешность)
Электрон ${\displaystyle g_{\mathrm {e} }}$	−2,00231930436153(53)[1]
Мюон ${\displaystyle g_{\mu }}$	−2,0023318418(13)[2]
Нейтрон ${\displaystyle g_{\mathrm {n} }}$	−3,8260854(90)[3]
Протон ${\displaystyle g_{\mathrm {p} }}$	+5,585694713(46)[4]
Тритон ${\displaystyle g_{\mathrm {t} }}$	+5,957924896(76)[5]
Дейтрон ${\displaystyle g_{\mathrm {d} }}$	+0,8574382308(72)[6]
Гелион ${\displaystyle g_{\mathrm {h} }}$	−4,255250613(50)[7]

Источники

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

Примечания

1. NIST: elecron g factor Архивная копия от 6 сентября 2010 на Wayback Machine.
2. NIST: muon g factor Архивная копия от 10 сентября 2012 на Wayback Machine
3. NIST: neutron g factor Архивная копия от 7 августа 2013 на Wayback Machine.
4. NIST: proton g factor Архивная копия от 7 августа 2013 на Wayback Machine
5. NIST: triton g factor Архивная копия от 14 сентября 2012 на Wayback Machine
6. NIST: deuteron g factor Архивная копия от 22 января 2015 на Wayback Machine
7. NIST: helion g factor Архивная копия от 22 января 2015 на Wayback Machine
8. Страница NIST  (неопр.). Дата обращения: 3 мая 2012. Архивировано 3 марта 2016 года.
9. Peter J. Mohr, David B. Newell, Barry N. Taylor. CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2014 // arXiv:1507.07956 [physics]. — 2015-07-21. Архивировано 2 июля 2016 года.