g-Фактор
g-Фактор — множитель, связывающий гиромагнитное отношение частицы с классическим значением гиромагнитного отношения:
γ = g γ 0 , {displaystyle gamma =ggamma _{0},}где классическое значение равно
γ 0 = q / 2 m c , {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
μ S = g | q | 2 m c S , {displaystyle {oldsymbol {mu }}_{S}={frac {g|q|}{2mc}}{oldsymbol {S}},}где μS — 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 = | | g | − 2 | 2 = 1 2 α π − 0,328 479 ( α π ) 2 + 1 , 29 ( α π ) 3 + … , {displaystyle a={frac {{igl |}|g|-2{igr |}}{2}}={frac {1}{2}}{frac {alpha }{pi }}-0{,}328479left({frac {alpha }{pi }} ight)^{2}+1{,}29left({frac {alpha }{pi }} ight)^{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.
