Магнетон
Магнето́н, единица измерения магнитного момента в атомной и ядерной физике, а также в физике элементарных частиц. Её происхождение связано с пропорциональностью орбитального и магнитного моментов заряженных частиц в электродинамике. Заряженная частица с электрическим зарядом и массой , движущаяся в магнитном поле с индукцией (направленной вдоль оси ), с проекцией орбитального момента количества движения на , равной , обладает потенциальной энергией . Но, по определению магнитного момента витка с током, соответствующая потенциальная энергия в магнитном поле должна быть равна , следовательно, проекция вектора на ось равна . Величина называется гиромагнитным, или магнитомеханическим, отношением. Поскольку в квантовой теории величина проекции орбитального момента квантована, , где – постоянная Планка, – целое число, магнитный момент также будет квантован в единицах величины , которая и называется магнетоном. В атомной физике, где существенную роль играют электроны, соответствующая единица называется магнетоном Бора ; её численная величина равна 9,27401· 10–24 Дж/Тл. В ядерной физике, используя массу протона в качестве , получают ядерный магнетон , величина которого 5,05078·10–27 Дж/Тл меньше на три порядка. Это указывает на относительно малую роль магнитного взаимодействия в ядерной физике по сравнению с атомной.
Кроме орбитального, электрон обладает ещё и собственным спиновым моментом количества движения (спином), который также порождает магнитный момент, но с гиромагнитным отношением в 2 раза больше: . Поскольку спиновый момент электрона равен , величина собственного магнитного момента электрона также оказывается равной магнетону Бора, а магнитный момент протона должен быть равным ядерному магнетону. Однако истинные значения магнитных моментов элементарных частиц отличаются от этих величин на величину т. н. аномального магнитного момента , который обусловлен радиационными поправками в квантовой теории поля. Для электрона аномальный магнитный момент мал в единицах . Он с высокой точностью вычисляется в рамках квантовой электродинамики и в приближении низшего порядка по постоянной тонкой структуры равен .
Для сильновзаимодействующих частиц – адронов (в том числе протона и нейтрона) – аномальные магнитные моменты в единицах не малы. Фактический магнитный момент протона в 2,793 раза больше , а магнитный момент нейтрона полностью является аномальным и равен , где минус означает, что он направлен противоположно спину. Это связано с тем, что протон и нейтрон на самом деле не элементарны, а состоят из кварков, которые сильно взаимодействуют между собой. Поэтому протон и нейтрон уже не подчиняются простым законам электродинамики, справедливым для точечных частиц.