Momento magnético anómalo

La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 15 de marzo de 2021; las comprobaciones requieren 13 ediciones .

Un momento magnético anómalo es una desviación de la magnitud del momento magnético de una partícula elemental del valor predicho por la ecuación relativista mecánica cuántica del movimiento de partículas [1] . En electrodinámica cuántica, el momento magnético anómalo de un electrón y un muón se calcula mediante el método de correcciones radiativas [2] (método perturbativo), en cromodinámica cuántica , los momentos magnéticos de partículas que interactúan fuertemente (hadrones) se calculan mediante el operador de expansión método [3] (método no perturbativo).

Importancia para el electrón

El momento magnético del electrón se calcula con gran precisión. Su valor teórico se puede representar como una expansión en serie de potencias de la constante de estructura fina y (a partir de 1978) viene dado por la fórmula [2] : $\alfa$

\mu_{teor}=\mu_{0}\left[1+{\frac {\alpha }{2\pi }}-0,32848{\frac {\alpha ^{2}}{ \pi ^{2}}}+1.184175{\frac {\alpha ^{3}}{\pi ^{3}}}+\dots \right]=1.001159652236(28)\mu _{0 },

donde es el momento magnético del electrón de la teoría de Dirac ( magnetón de Bohr ), es la constante de estructura fina . $\mu _{0}={\frac {e\hbar} {2m_{{e}}c}}$ $\alpha ={\frac{e^{2}}{\hbar {c}}}$

El experimento (2003) da el siguiente valor del momento magnético del electrón [4] :

\mu _{{exp}}=1,0011596521869(41)\veces \mu _{{0}}

, con error relativo

4,0\times 10^{-12},

Es conveniente expresar el momento magnético anómalo de una partícula con espín en términos de los denominados. anomalía _ Para un electrón, los valores experimentales y teóricos del momento magnético anómalo son consistentes con alta precisión, valor experimental , valor teórico [1] . $1/2$ $a=(g-2)/2$ $a_{{e}}^{{exp}}=1159652193(4)\times 10^{{-12}}$ $a_{{e}}^{{teoría}}=1159652460\times 10^{{-12}}$

Significado del muon

El valor teórico del momento magnético para el muón en primera aproximación viene dado por la fórmula [5] :

\mu _{muon}\approx {\frac {e\hbar }{2m_{\mu }c}}\left[1+{\frac {\alpha }{2\pi }}+0,76 {\ fracción {\alfa ^{2}}{\pi ^{2}}}\right]

El valor teórico más preciso del momento magnético anómalo del muón es:

a µSM = 11659 1804 ( 51)×10 −11

El valor experimental más preciso del momento magnético anómalo del muón:

a μ exp = 11659 2061 (41) × 10 −11

La discrepancia entre los valores experimentales y teóricos de un μ es posiblemente un efecto desconocido de la física fuera del Modelo Estándar .

Importancia para el leptón tau

Según las predicciones del modelo estándar , el momento dipolar magnético anómalo del leptón tau debería ser igual a

a_{\tau}=0.00117721(5)

mientras que la mejor estimación medida experimentalmente está dentro de ${\ Displaystyle a_ {\ tau}}$

-0.052<a_{\tau }<+0.013

La vida útil muy corta de un leptón tau (2,9⋅10 −13 s) es un obstáculo técnico serio para la medición de alta precisión de . ${\ Displaystyle a_ {\ tau}}$

Valores para neutrones y protones

Según la ecuación de Dirac modificada, el momento magnético intrínseco del protón debe ser igual al del magnetón nuclear . De hecho, es igual a [6] . $\mu _{{p}}=2,792847350(9)\veces \mu _{{N}}$

Según la ecuación de Dirac, el neutrón no debería tener momento magnético, ya que el neutrón no lleva carga eléctrica , pero la experiencia demuestra que el momento magnético existe y es aproximadamente con un error relativo . [cuatro] $\mu _{{n}}=-1.91304272(45)\veces \mu _{{N}}$ $2,4\veces 10^{{-7}}$

Los momentos magnéticos anómalos del protón y el neutrón surgen del hecho de que el protón y el neutrón en realidad consisten en quarks cargados eléctricamente .

La relación de los momentos magnéticos del neutrón y el protón se explica mediante la teoría de los quarks [7] ${\frac {\mu _{{n))}{\mu _{{p))))=-{\frac {2}{3))$

Los valores teóricos de los momentos magnéticos del protón y el neutrón en el marco de la teoría QCD , que concuerdan bien con los datos experimentales, fueron obtenidos por B. L. Ioffe y A. V. Smilga en 1983 [3] . Son (en unidades ): $\mu _{{N}}$

para protón:

\mu _{p}={\frac {8}{3}}(1+{\frac {1}{6}}{\frac {a}{m_{p}^{3}}} )=2,9(3),

para un neutrón:

\mu _{n}=-{\frac {4}{3}}(1+{\frac {2}{3}}{\frac {a}{m_{n}^{3}} })=-1,9(2),

donde es el valor esperado de vacío del campo de quarks (condensado de quarks) determinado por los métodos de álgebra actuales a partir de datos experimentales sobre la descomposición de piones [8] [9] . ${\displaystyle a=-(2\pi )^{2}<0\mid {\overline {q))q\mid 0>~\approx ~0.55GeV^{3))$

El momento magnético de un quark

El momento magnético de un quark es varias veces mayor que el “quark magnetón” , donde es la “ masa reducida ” del quark, es la masa del quark, es la masa del protón, es la profundidad del pozo de potencial para el quark en el nucleón. El valor , de acuerdo con los datos experimentales sobre decaimientos electromagnéticos [10] . $g=2,79{\frac{m_{{q}}^{{*}}}{m_{{p}}}}$ ${\frac{e\hbar }{2m_{{q}}c}}$ $m_{{q}}^{{*}}=m_{{q}}-U_{{0}}$ $m_{{q}}$ $m_{{p}}$ $tu_{{0}}$ $g\aprox. 1$

Notas

↑ 1 2 Enciclopedia Física » / ed. A. M. Prokhorova . - 1988, art. "Momento magnético anómalo"
↑ 1 2 Física del micromundo / cap. edición D. V. Shirkov . - M.: Enciclopedia soviética, 1980. - 530.1 (03) F50, "Teoría del campo cuántico", p. 3 "Teoría de la perturbación y renormalización", p. 4 “Algunos efectos de vacío observables”, “Momento magnético anómalo del electrón”, p. 92-93
↑ 1 2 Ioffe BL, Smilga AV Momentos magnéticos del nucleón y propiedades del vacío en QCD" Física nuclear.— B232 (1984) 109-142
↑ 1 2 Yavorsky B. M. Manual de física para ingenieros y estudiantes universitarios, B. M. Yavorsky, A. A. Detlaf, A. K. Lebedev, 8.ª ed., revisada. y corregido, M .: Oniks Publishing House LLC, World and Education Publishing House LLC, 2006. - 1056 p. — ISBN 5-488-00330-4 (Oniks Publishing House LLC), ISBN 5-94666-260-0 (Mir and Education Publishing House LLC), ISBN 985-13-5975-0 (Harvest LLC), apéndice, pág. 2 . "Constantes físicas fundamentales"
↑ Landau L. D. , Lifshits E. M. , “ Theoretical Physics ”, en 10 volúmenes, volumen 4, / Berestetsky V. B. , Lifshits E. M. , Pitaevsky L. P. Quantum electrodynamics, 4th ed., corrected, M.: Fizmatlit, 2001, 720 pp., ISBN 5-9221-0058-0 (vol. 4), cap. 12 "Correcciones de radiación", p. 118 "Momento magnético anómalo del electrón", p. 579-581;
↑ Medición directa de alta precisión del momento magnético del protón Nature 509, 596–599 (29 de mayo de 2014)
↑ Zel'dovich Ya . _ _ _ _ _
↑ Weinberg S. A. Festschrift para II Rabi, ed. L. Motz (Academia de Ciencias, Nueva York, 1977)
↑ Ioffe BL Cálculo de masas de bariones en cromodinámica cuántica // Física nuclear B188 (1981) 317-341
↑ Kokkede Ya. Teoría de los quarks. - M.: Mir, 1971. - Capítulo 11. Momentos magnéticos. 2. Momento magnético anómalo de un quark, pág. 117-119

electrodinámica cuántica
Electrón Positrón Fotón Momento magnético anómalo efecto casimiro turno de cordero efecto Scharnhorst positronio