Магнетон

Магнетон, единица измерения магнитного момента, 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  — 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 m_Б заменой массы электрона m на массу протона М:

   эрг/гс  (2)

  Физический смысл величины m_Б 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 / 2pr. Согласно классической электродинамике, магнитный момент витка с током, охватывающего площадь S, равен в системе Гаусса (см. СГС система единиц) m = IS/c = evr / 2c, или m = eM_l / 2mc, где M_l = mvr — орбитальный момент количества движения электрона. Если учесть, что по квантовым законам орбитальный момент M_l электрона может принимать лишь дискретные значения, кратные постоянной Планка, M_l = l , где l = 0, 1, 2,..., то получится следующее выражение:

    (3)

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

  Помимо орбитального момента количества движения M_l, обусловленного вращением, электрон обладает собственным механическим моментом — спином, равным s = ¹/₂ (в единицах ). Спиновый магнитный момент m_s = 2m_Бs, то есть в 2 раза больше величины, которую следовало ожидать на основании формулы (3), но так как s = ¹/₂, то m_s электрона также равен М. Бора: m_s = m_Б. 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.

  Д. В. Гольцов.