Anomální magnetický dipólový moment - Anomalous magnetic dipole moment
v kvantová elektrodynamika, anomální magnetický moment částice je příspěvkem účinků kvantová mechanika, vyjádřeno Feynmanovy diagramy se smyčkami, do magnetický moment té částice. (The magnetický moment, také zvaný magnetický dipólový moment, je měřítkem síly magnetického zdroje.)
„Dirac“ magnetický moment, odpovídající Feynmanovým diagramům na úrovni stromu (které lze považovat za klasický výsledek), lze vypočítat z Diracova rovnice. Obvykle se vyjadřuje pomocí g-faktor; předpovídá Diracova rovnice . Pro částice, jako je elektron, tento klasický výsledek se liší od pozorované hodnoty o malý zlomek procenta. Rozdíl je anomální magnetický moment, označený a definováno jako
Elektron

The jedna smyčka příspěvek k anomálnímu magnetickému momentu - odpovídající první a největší kvantově mechanické korekci - elektronu se zjistí výpočtem vrcholová funkce zobrazené v sousedním diagramu. Výpočet je poměrně přímočarý[1] a výsledek jedné smyčky je:
kde je konstanta jemné struktury. Tento výsledek byl poprvé nalezen uživatelem Julian Schwinger v roce 1948[2] a je vyryto jeho náhrobek. Od roku 2016 jsou koeficienty vzorce QED pro anomální magnetický moment elektronu známy analyticky až [3] a byly vypočítány na zakázku :[4][5][6]
Predikce QED souhlasí s experimentálně naměřenou hodnotou na více než 10 platných číslic, což činí magnetický moment elektronu nejpřesněji ověřenou predikcí v historii fyzika. (Vidět přesné testy QED pro detaily.)
Aktuální experimentální hodnota a nejistota jsou:[7]
Podle této hodnoty je známo s přesností přibližně 1 na 1 miliardu (109). To vyžadovalo měření s přesností na 1 díl na 1 bilion (1012).
Muon

Anomální magnetický moment mion se vypočítá podobným způsobem jako elektron. Predikce hodnoty anomálního magnetického momentu mionu zahrnuje tři části:[8]
Z prvních dvou komponent představuje smyčky fotonu a leptonu a smyčky W boson, Higgsův boson a Z boson; obojí lze přesně vypočítat z prvních principů. Třetí termín, , představuje hadronové smyčky; nelze to přesně vypočítat pouze z teorie. Odhaduje se z experimentálních měření poměru hadronových a muonových průřezů (R ) v elektron –antielektron () kolize. Od července 2017 nesouhlasí měření s Standardní model o 3,5standardní odchylky,[9] naznačuje fyzika nad rámec standardního modelu může mít účinek (nebo že teoretické / experimentální chyby nejsou zcela pod kontrolou). Toto je jeden z dlouhotrvajících nesrovnalostí mezi standardním modelem a experimentem.
The Experiment E821 na Brookhaven National Laboratory (BNL) studoval precesi mion a antimuon v konstantním vnějším magnetickém poli, když obíhaly v uzavřeném úložném kruhu.[10] Experiment E821 uvádí následující průměrnou hodnotu[8]
Nový experiment v Fermilab volala "Muon G−2 „použití magnetu E821 zlepší přesnost této hodnoty.[11] Pořizování dat začalo v březnu 2018 a očekává se, že skončí v září 2022.[12]
Tau
Předpověď standardního modelu pro tau anomální magnetický dipólový moment je[13]
- ,
zatímco nejlepší měřeno směřuje k je[14]
- .
Kompozitní částice
Kompozitní částice často mají obrovský anomální magnetický moment. To platí pro proton, který je složen z poplatku kvarky a neutron, který má magnetický moment, i když je elektricky neutrální.
Viz také
- Anomální elektrický dipólový moment
- G-faktor (fyzika) (bezrozměrný magnetický moment)
- Protonový magnetický moment
- Neutronový magnetický moment
- Elektronový magnetický moment
- Gordonův rozklad
Poznámky
- ^ Peskin, M. E.; Schroeder, D. V. (1995). „Část 6.3“. Úvod do teorie kvantového pole. Addison-Wesley. ISBN 978-0-201-50397-5.
- ^ Schwinger, J. (1948). „O kvantové elektrodynamice a magnetickém momentu elektronu“ (PDF). Fyzický přehled. 73 (4): 416–417. Bibcode:1948PhRv ... 73..416S. doi:10.1103 / PhysRev.73.416.
- ^ Laporta, S .; Remiddi, E. (1996). "Analytická hodnota elektronu (g - 2) v pořadí α3 v QED ". Fyzikální písmena B. 379 (1–4): 283–291. arXiv:hep-ph / 9602417. Bibcode:1996PhLB..379..283L. doi:10.1016 / 0370-2693 (96) 00439-X.
- ^ Aoyama, T .; Hayakawa, M .; Kinoshita, T .; Nio, M. (2012). „Příspěvek QED desátého řádu k elektronu g − 2 a vylepšená hodnota konstanty jemné struktury“. Dopisy o fyzické kontrole. 109 (11): 111807. arXiv:1205.5368. Bibcode:2012PhRvL.109k1807A. doi:10.1103 / PhysRevLett.109.111807. PMID 23005618.
- ^ Aoyama, Tatsumi; Hayakawa, Masashi; Kinoshita, Toichiro; Nio, Makiko (1. února 2015). "Desátý řád Elektron anomální magnetický moment - příspěvek diagramů bez uzavřených leptonových smyček". Fyzický přehled D. 91 (3): 033006. arXiv:1412.8284. Bibcode:2015PhRvD..91c3006A. doi:10.1103 / PhysRevD.91.033006.
- ^ Nio, Makiko (3. února 2015). Příspěvek desátého řádu QED k anomálnímu magnetickému momentu elektronů a nová hodnota konstanty jemné struktury (PDF). Setkání základních konstant 2015. Eltville, Německo.
- ^ Hanneke, D .; Fogwell Hoogerheide, S .; Gabrielse, G. (2011). „Řízení dutiny jednoelektronového kvantového cyklotronu: Měření elektronového magnetického momentu“ (PDF). Fyzický přehled A. 83 (5): 052122. arXiv:1009.4831. Bibcode:2011PhRvA..83e2122H. doi:10.1103 / PhysRevA.83.052122.
- ^ A b Patrignani, C .; Agashe, K. (2016). "Recenze částicové fyziky" (PDF). Čínská fyzika C.. Publikování IOP. 40 (10): 100001. doi:10.1088/1674-1137/40/10/100001. ISSN 1674-1137.
- ^ Giusti, D .; Lubicz, V .; Martinelli, G .; Sanflippo, F .; Simula, S. (2017). „Zvláštní a okouzlující příspěvky HVP na mion (G - 2) včetně korekcí QED s fermiony zkroucené hmoty “. Journal of High Energy Physics. arXiv:1707.03019. doi:10.1007 / JHEP10 (2017) 157.
- ^ „Domovská stránka E821 Muon (g − 2)“. Brookhaven National Laboratory. Citováno 1. července 2014.
- ^ „Revoluční experiment s mionem, který začne pohybem 3 200 mil 50 stop širokého prstence pro ukládání částic“ (Tisková zpráva). Fermilab. 8. května 2013. Citováno 16. března 2015.
- ^ „Aktuální stav experimentu Muon g-2 ve Fermilab“ (PDF). indico.cern.ch. Citováno 28. září 2020.
- ^ Eidelman, S .; Passera, M. (30. ledna 2007). „TEORIE τ LEPTON ANOMÁLNÍ MAGNETICKÁ CHVÍLE“. Moderní fyzikální písmena A. 22 (3): 159–179. arXiv:hep-ph / 0701260. doi:10.1142 / S0217732307022694. ISSN 0217-7323.
- ^ Spolupráce DELPHI (červen 2004). „Studie produkce tau-párů při srážkách foton-foton na LEP a limity anomálních elektromagnetických momentů tau leptonu“. Evropský fyzický věstník C. 35 (2): 159–170. arXiv:hep-ex / 0406010. doi:10.1140 / epjc / s2004-01852-r. ISSN 1434-6044.
Bibliografie
- Sergej Vonsovský (1975). Magnetismus elementárních částic. Mir Publishers.
externí odkazy
- Přehled g − 2 experiment
- Kusch, P .; Foley, H. M. (1948). „Magnetický moment elektronu“. Fyzický přehled. 74 (3): 250–263. Bibcode:1948PhRv ... 74..250 tis. doi:10.1103 / PhysRev.74.250.