Аномальный магнитный дипольный момент

В квантовой электродинамике , то аномальный магнитный момент частицы является вклад эффектов квантовой механики , выражается Фейнман с петлями, к магнитному моменту этой частицы. ( Магнитный момент , также называемый магнитным дипольным моментом , является мерой силы магнитного источника.)

Магнитный момент «Дирака» , соответствующий трехуровневым диаграммам Фейнмана (которые можно рассматривать как классический результат), можно вычислить из уравнения Дирака . Обычно это выражается через g-фактор ; уравнение Дирака предсказывает . Для таких частиц, как электрон , этот классический результат отличается от наблюдаемого на небольшую долю процента. Разница - это аномальный магнитный момент, обозначаемый и определяемый как${\ displaystyle g = 2}$${\ displaystyle a}$

${\ displaystyle a = {\ frac {g-2} {2}}}$

Электрон [ править ]

Однопетлевая поправка к магнитному дипольному моменту фермиона .

Однопетлевая вклад в аномальный магнитный момент, соответствующий первому и величине кванта механической коррекции-электрона определяется путем вычисления вершинной функции , показанной на соседней диаграмме. Расчет относительно прост  ^[1], и результат за один цикл:

${\ displaystyle a_ {e} = {\ frac {\ alpha} {2 \ pi}} \ приблизительно 0,001 \; 161 \; 4}$

где - постоянная тонкой структуры . Этот результат был впервые обнаружен Джулианом Швингером в 1948 году  ^[2] и выгравирован на его надгробии . По состоянию на 2016 г. коэффициенты формулы КЭД для аномального магнитного момента электрона известны аналитически до ^[3] и были рассчитаны до порядка : ^{[4] [5] [6]}${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle \ alpha ^ {3}}$ ${\ displaystyle \ alpha ^ {5}}$

${\displaystyle a_{e}=0.001\;159\;652\;181\;643(764)}$

Прогноз КЭД согласуется с экспериментально измеренным значением более чем с 10 значащими цифрами, что делает магнитный момент электрона наиболее точно проверенным предсказанием в истории физики . (См. Подробные сведения о тестах точности QED .)

Текущее экспериментальное значение и погрешность: ^[7]

${\displaystyle a_{e}=0.001\;159\;652\;180\;73(28)}$

По этой величине известно с точностью около 1 части на 1 миллиард (10 ⁹ ). Это потребовало измерения с точностью около 1 части на 1 триллион (10 ¹² ).${\displaystyle a_{e}}$${\displaystyle g}$

Мюон [ править ]

Однопетлевые MSSM поправки к мюонов г -2 с участием нейтралино и smuon , и чарджино и мюонов sneutrino соответственно.

Аномальный магнитный момент мюона вычисляется аналогично электрону. Прогноз величины аномального магнитного момента мюона включает три части: ^[8]

${\displaystyle {\begin{aligned}a_{\mu }^{\mathrm {SM} }&=a_{\mu }^{\mathrm {QED} }+a_{\mu }^{\mathrm {EW} }+a_{\mu }^{\mathrm {Hadron} }\\&=0.001\;165\;918\;04(51)\end{aligned}}}$

Из первых двух компонентов представляет собой фотонную и лептонную петли, а также петли W-бозона, бозона Хиггса и Z-бозона; оба могут быть точно рассчитаны из первых принципов. Третий член представляет собой адронные петли; его нельзя точно рассчитать только на основе теории. По оценкам на основе экспериментальных измерений отношения адроннх к мюонным сечениям ( R ) в электроне - антиэлектрон ( столкновения). По состоянию на июль 2017 года, измерение не соглашается с Стандартной модели на 3,5  стандартных отклонений , ^[9] указывает физики за пределами Стандартной модели${\displaystyle a_{\mu }^{\mathrm {QED} }}$${\displaystyle a_{\mu }^{\mathrm {EW} }}$${\displaystyle a_{\mu }^{\mathrm {Hadron} }}$${\displaystyle e^{-}e^{+}}$может иметь влияние (или что теоретические / экспериментальные ошибки полностью не контролируются). Это одно из давних расхождений между Стандартной моделью и экспериментом.

В эксперименте E821 в Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL) изучалась прецессия мюона и антимюона в постоянном внешнем магнитном поле, когда они циркулировали в ограничивающем накопительном кольце. ^[10] Эксперимент E821 сообщил следующее среднее значение ^[8]

${\displaystyle a_{\mu }=0.001\;165\;920\;9(6).}$

Новый эксперимент в Фермилабе под названием « Мюон g −2 » с использованием магнита E821 повысит точность этого значения. ^[11] Сбор данных начался в марте 2018 года и, как ожидается, закончится в сентябре 2022 года. ^[12] Также эксперимент E34 в J-PARC планирует начать свой первый запуск в 2024 году. ^[13]

Тау [ править ]

Согласно Стандартной модели аномального магнитного дипольного момента тау ^[14]

${\displaystyle a_{\tau }=0.001\;177\;21(5)}$,

в то время как лучше всего измеряется граница для IS ^[15]${\displaystyle a_{\tau }}$

${\displaystyle -0.052<a_{\tau }<+0.013}$.

Составные частицы [ править ]

Композитные частицы часто обладают огромным аномальным магнитным моментом. Это верно для протона , который состоит из заряженных кварков , и нейтрона , который имеет магнитный момент, хотя он электрически нейтрален.

См. Также [ править ]

• Аномальный электрический дипольный момент
• G-фактор (физика) (безразмерный магнитный момент)
• Магнитный момент протона
• Магнитный момент нейтрона
• Магнитный момент электрона
• Разложение Гордона

Заметки [ править ]

Библиография [ править ]

• Сергей Вонсовский (1975). Магнетизм элементарных частиц . Издательство "Мир".

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с аномальным магнитным дипольным моментом .

• Обзор эксперимента g − 2
• Kusch, P .; Фоли, HM (1948). «Магнитный момент электрона». Физический обзор . 74 (3): 250–263. Полномочный код : 1948PhRv ... 74..250K . DOI : 10.1103 / PhysRev.74.250 .