g-Фактор

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

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

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

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

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 (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.