Магнетон

Магнето́н

Единица измерения магнитного момента (См. Магнитный момент), принятая в атомной и ядерной физике.

Магнитный момент атомных систем в основном обусловлен движением электронов и их Спином и измеряется в магнетонах Бора:

эрг/гс (1)

Здесь ħ — Планка постоянная, е и m — абсолютные величина заряда и масса электрона, с — скорость света.

В ядерной физике магнитные моменты измеряются в ядерных магнетонах, отличающихся от μБ заменой массы электрона m на массу протона М:

эрг/гс (2)

Физический смысл величины μБ легко понять из полуклассического рассмотрения движения электрона по круговой орбите радиуса r со скоростью v. Такая система аналогична витку с током, сила I которого равна заряду, деленному на период вращения: I = ev / 2πr. Согласно классической электродинамике, магнитный момент витка с током, охватывающего площадь S, равен в системе Гаусса (см. СГС система единиц) μ = IS/c = evr / 2c, или μ = eMl / 2mc, где Ml = mvr — орбитальный момент количества движения электрона. Если учесть, что по квантовым законам орбитальный момент Ml электрона может принимать лишь дискретные значения, кратные постоянной Планка, Ml = l ħ, где l = 0, 1, 2,..., то получится следующее выражение:

(3)

Таким образом, магнитный момент электрона, находящегося в состоянии с орбитальным моментом Ml, кратен М. Бора. Следовательно, в данном случае μБ играет роль элементарного магнитного момента — «кванта» магнитного момента электрона.

Помимо орбитального момента количества движения Ml, обусловленного вращением, электрон обладает собственным механическим моментом — спином, равным s = 1/2 (в единицах ħ). Спиновый магнитный момент μs = 2μБs, то есть в 2 раза больше величины, которую следовало ожидать на основании формулы (3), но так как s = 1/2, то μs электрона также равен М. Бора: μs = μБ. Этот факт непосредственно вытекает из релятивистской квантовой теории электрона, в основе которой лежит Дирака уравнение.

Ядерный М. имеет аналогичный смысл: это магнитный момент, создаваемый движением протона (внутри ядра) с орбитальным моментом l = 1. Однако собственные магнитные моменты ядерных частиц — протона и нейтрона, обладающих, как и электрон, спином 1/2, значительно отличаются от тех значений, которые они должны были бы иметь по теории Дирака. Аномальные магнитные моменты этих частиц обусловлены их сильным взаимодействием (См. Сильные взаимодействия).

Д. В. Гольцов.