МАГНЕТО́Н

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 элек­трич. за­ря­дом $e$ и мас­сой $m$, дви­жу­щая­ся в маг­нит­ном по­ле с ин­дук­ци­ей $\boldsymbol B$ (на­прав­лен­ной вдоль оси $z$), с про­ек­ци­ей ор­би­таль­но­го мо­мен­та ко­ли­че­ст­ва дви­же­ния на $\boldsymbol B$, рав­ной $L_z$, об­ла­да­ет по­тен­ци­аль­ной энер­ги­ей $U=–eL_zB/2mc$. Но, по оп­ре­де­ле­нию маг­нит­но­го мо­мен­та $\bf μ$ вит­ка с то­ком, со­от­вет­ст­вую­щая по­тен­ци­аль­ная энер­гия в маг­нит­ном по­ле долж­на быть рав­на $U=–\bf μB$, сле­до­ва­тель­но, про­ек­ция век­то­ра $\bf μ$ на ось $z$ рав­на $μ_z=eL_z/2mc$. Ве­ли­чи­на $g_L=μ_z/L_z=e/2mc$ на­зы­ва­ет­ся ги­ро­маг­нит­ным, или маг­ни­то­ме­ха­ни­че­ским, от­но­ше­ни­ем. По­сколь­ку в кван­то­вой тео­рии ве­ли­чи­на про­ек­ции ор­би­таль­но­го мо­мен­та кван­то­ва­на, $L=\hbar n$, где $\hbar$  – по­сто­ян­ная План­ка, $n$ – це­лое чис­ло, маг­нит­ный мо­мент так­же бу­дет кван­то­ван в еди­ни­цах ве­ли­чи­ны $μ=\hbar e/2mc$, ко­то­рая и на­зы­ва­ет­ся М. В атом­ной фи­зи­ке, где су­ще­ст­вен­ную роль иг­ра­ют элек­тро­ны, со­от­вет­ст­вую­щая еди­ни­ца на­зы­ва­ет­ся маг­не­то­ном Бора $μ_Б$; её чис­лен­ная ве­ли­чи­на рав­на 9,27401· 10^–24 Дж/Тл. В ядер­ной фи­зи­ке, ис­поль­зуя мас­су про­то­на в ка­че­ст­ве $m$, по­лу­ча­ют ядер­ный маг­не­тон $μ_{яд}$, 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: $g_S=e/mc$. По­сколь­ку спи­но­вый мо­мент элек­тро­на ра­вен $\hbar/2$, ве­ли­чи­на соб­ст­вен­но­го маг­нит­но­го мо­мен­та элек­тро­на так­же ока­зы­ва­ет­ся рав­ной маг­не­то­ну Бо­ра, а маг­нит­ный мо­мент про­то­на дол­жен быть рав­ным ядер­но­му М. Од­на­ко ис­тин­ные зна­че­ния маг­нит­ных мо­мен­тов эле­мен­тар­ных час­тиц от­ли­ча­ют­ся от этих ве­ли­чин на ве­ли­чи­ну т. н. ано­маль­но­го маг­нит­но­го мо­мен­та $δμ$, ко­то­рый обу­слов­лен ра­диа­ци­он­ны­ми по­прав­ка­ми в кван­то­вой тео­рии по­ля. Для элек­тро­на ано­маль­ный маг­нит­ный мо­мент мал в еди­ни­цах $μ_Б$. Он с вы­сокой точ­но­стью вы­чис­ля­ет­ся в рам­ках кван­то­вой элек­тро­ди­на­ми­ки и в при­бли­же­нии низ­ше­го по­ряд­ка по по­сто­ян­ной тон­кой струк­ту­ры $α=e^2/\hbar c≈1/137$ ра­вен $δμ=α/2πμ_Б$.

Для силь­но­взаи­мо­дей­ст­вую­щих час­тиц – ад­ро­нов (в т. ч. про­то­на и ней­тро­на) – ано­маль­ные маг­нит­ные мо­мен­ты в еди­ни­цах $μ_{яд}$ не ма­лы. Фак­ти­че­ский маг­нит­ный мо­мент про­то­на в 2,793 раза боль­ше $μ_{яд}$, а маг­нит­ный мо­мент ней­тро­на пол­но­стью яв­ля­ет­ся ано­маль­ным и ра­вен $–1,913μ_{яд}$, 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.