粒子磁矩

電子是發現較早的一種基本粒子，存在於原子核外。各種化學元素便是根據該元素原子的原子核中的質子數目，也就是該元素原子在非電離的正常狀態下的原子核外的電子數目決定的。原子中的電子磁性有由電子的自旋產生的自旋磁矩和電子環繞原子核作軌道運動產生的軌道磁矩。

基本介紹

• 中文名：粒子磁矩
• 概念：電子發現較早的一種基本粒子

基本概念

對於不處於原子中的自由電子說來，就只有自旋磁矩，是電子具有的內稟磁性，常簡稱電子磁矩。一般電子學只考慮運動電子的電荷所產生的電流，但是在上個世紀(20世紀)末，由於現代磁學和高新技術的發展，誕生了磁學與電子學交叉的稱為磁電子學、又稱自旋電子學的新的交叉磁學或稱邊緣磁學。這樣在磁電子學中電子電流和電子磁矩(自旋)都得到研究和套用。

發展與套用

意義

電子磁矩研究的一項很重要又很有意義的成果是對電子磁矩的精密測量和理論計算。這表現在20世紀中期的30年研究中，對套用於電子磁矩與電子角動量關係的電子g因數的反常因數(簡稱g反常因數) α的精密測量和理論計算上。按早期的理論研究，g因素g=2，即g反常因數α=0，但是在長期的越來越精密的實驗研究中卻表明，α並不等於0，如表1中所示，在1948~1978的30年實驗研究中，α的實驗測量值從3位有效數字增加到10位有效數字。同時更值得注意的是，對g反常因數α的理論計算，在考慮了多種對電子磁矩的影響因素後，得到的理論計算值也達到10位有效數字和很高的精度(很低的不確定度)。還值得注意的是，g反常因數α的實驗測量值和理論計算值在10位有效數字中竟有8位有效數字相同，這些都從表1中可以清楚地看出。總的說來，關於電子(自旋)磁矩的實驗測量和理論計算達到這樣高的有效位數，而實驗測量值與理論計算值達到這樣高的符合程度，在磁學和其他自然科學中都是非常罕見的。

粒子的內稟屬性。每種粒子都有確定的內稟磁矩。自旋為s的點粒子的磁矩μ由給出，式中e和m分別是該粒子的電荷和質量，g是一個數值因子。自旋為零的粒子磁矩為零。自旋為1/2的粒子，g=2；自旋為1的粒子，g=1；自旋為3/2的粒子，g=2/3。理論上普遍給出g=1/s。

粒子磁矩可通過實驗測定。但實驗測定結果並不與此相符，其間差別稱為反常磁矩。對於自旋均為1/2的電子、μ子、質子和中子，精確測定其g因子分別為

電子 g/2=1.001159652193（10）

μ子 g/2=1.001165923（8）

質子 g/2=2.792847386（63）

中子 g/2=－1.91304275（45）

粒子反常磁矩的來源

一是量子電動力學的輻射修正，電子、μ子屬於這種情形，即使是點粒子，粒子產生的電磁場對其自身的作用導致自旋磁矩的微小變化，這一改變可以嚴格地用量子電動力學精確計算，結果與實驗測定符合得很好；另一是由於粒子有內部結構和強相互作用的影響，質子和中子屬於這種情形，質子和中子的反常磁矩用於分析其內部結構。