Magnetonă nucleară

Magnetul nuclear (simbol $\mu _{N}$ ${\ displaystyle \ mu _ {N}}$ $\ mu _ {N}$ ^[1] ), este o constantă fizică legată de momentul magnetic intrinsec al particulelor fundamentale. Momentele magnetice ale particulelor grele precum nucleonii și nucleii atomici sunt exprimate în unități magnetice nucleare.

Magnetul nuclear este definit ca:

\mu _{N}={{e\hbar } \over {2m_{p}}}

{\ displaystyle \ mu _ {N} = {{e \ hbar} \ peste {2m_ {p}}}}

{\ displaystyle \ mu _ {N} = {{e \ hbar} \ peste {2m_ {p}}}}

unde este:

$Și$ ${\ displaystyle e}$ $Și$ este sarcina elementară ,
$\hbar$ ${\ displaystyle \ hbar}$ $\ hbar$ este constanta Planck redusă ,
$m_{p}$ ${\ displaystyle m_ {p}}$ $m_ {p}$ este masa de repaus a protonului .

În sistemul internațional de unități se aplică următoarele : ^[2]

\mu _{N}

{\ displaystyle \ mu _ {N}}

\ mu _ {N}

= 5,050 786 6 (17) × 10 ^-27 J T ^-1

Semnificația fizică

În 1928, fizicianul englez Paul Adrien Maurice Dirac a formulat ecuația Dirac , care descrie particulele elementare cu spin ½. La acea vreme, erau puține particule cunoscute, în special electronul și protonul erau considerate particulele elementare care alcătuiau atomul. Particulele descrise de ecuația Dirac satisfac anumite proprietăți, inclusiv următoarele: valoarea momentului lor magnetic este:

\mu ={\frac {q\hbar }{2m}}

{\ displaystyle \ mu = {\ frac {q \ hbar} {2m}}}

{\ displaystyle \ mu = {\ frac {q \ hbar} {2m}}}

unde este:

$q$ ${\ displaystyle q}$ $q$ este sarcina electrică a particulei,
$m$ ${\ displaystyle m}$ $m$ este masa de rest a particulei,
$\hbar$ ${\ displaystyle \ hbar}$ $\ hbar$ este constanta Planck redusă .

Experimental s-a verificat că momentul magnetic al electronului măsurat corespundea valorii prezise de ecuația Dirac : electronul este o particulă elementară . Momentul magnetic al electronului este, de asemenea, utilizat ca unitate de referință și este denumit magnetul lui Bohr .

În mod similar, momentul magnetic al protonului măsurat a fost prezis să corespundă cu valoarea magnetonului nuclear ( momentul magnetic al unei particule Dirac cu masa protonului ), deoarece protonul a fost considerat a fi o particulă elementară . Cu toate acestea, valoarea măsurată a corespuns la 2,793 $\mu _{N}$ ${\ displaystyle \ mu _ {N}}$ $\ mu _ {N}$ și de zeci de ani nimeni nu a putut explica așa-numitul moment magnetic anormal al protonului .

Când modelul constitutiv al quarkului a fost propus în anii 1960, a fost posibil să se explice valoarea anormală a momentului magnetic al protonului și neutronului în ceea ce privește momentele magnetice ale quark - urilor . Protonul și neutronul nu sunt particule elementare , ci sunt compuse din quarcuri și gluoni , care sunt particule elementare .

Moment magnetic anormal al protonului

Valoarea anormală a momentului magnetic al protonului este egală cu: ^[3]

\mu _{P}=2.793\ \mu _{N}

{\ displaystyle \ mu _ {P} = 2.793 \ \ mu _ {N}}

{\ displaystyle \ mu _ {P} = 2.793 \ \ mu _ {N}}

Având în vedere că protonul este alcătuit din 2 quarcuri în sus și un quarc în jos , momentul său magnetic poate fi calculat folosind coeficienții Clebsch-Gordan . Exprimat în funcție de momentele magnetice ale quark-urilor, este egal cu:

\mu _{P}={3 \over 4}\mu _{u}-{1 \over 4}\mu _{d}

{\ displaystyle \ mu _ {P} = {3 \ peste 4} \ mu _ {u} - {1 \ peste 4} \ mu _ {d}}

{\ displaystyle \ mu _ {P} = {3 \ peste 4} \ mu _ {u} - {1 \ peste 4} \ mu _ {d}}

Moment magnetic anormal al neutronului

În mod similar, valoarea anormală a momentului magnetic al neutronului este egală cu: ^[4]

\mu _{n}=-1.913\ \mu _{N}

{\ displaystyle \ mu _ {n} = - 1.913 \ \ mu _ {N}}

{\ displaystyle \ mu _ {n} = - 1.913 \ \ mu _ {N}}

.

Având în vedere că neutronul este alcătuit din 2 quarcuri descendente și un quarc ascendent , momentul său magnetic poate fi calculat folosind coeficienții Clebsch-Gordan . Exprimat în funcție de momentele magnetice ale quark-urilor, este egal cu: