Магнитный момент нуклона
-
Магнитные моменты нуклонов
- Магнитные моменты нуклонов измеряются в ядерных магнетонах (μN) и магнетонах Бора (μB).
- Магнитные моменты протона и нейтрона различны и указывают на их состав.
-
История измерений
- Магнитный момент протона был измерен в 1933 году Отто Стерном.
- Магнитный момент нейтрона был измерен в 1940 году Луисом Альваресом и Феликсом Блохом.
-
Значение магнитных моментов
- Магнитные моменты нуклонов используются в различных приложениях, таких как ядерный магнитный резонанс и рассеяние нейтронов.
- Магнитные моменты указывают на состав нуклонов и их взаимодействие с обычной материей.
-
Кварковая модель
- В 1960-х годах была разработана кварковая модель, объясняющая магнитные моменты нуклонов.
- Нуклоны состоят из трех кварков, магнитные моменты которых объединяются.
-
Гиромагнитные соотношения
- Гиромагнитные отношения нуклонов выражаются в терминах g-факторов и гиромагнитных отношений.
- Гиромагнитные отношения используются в приложениях ядерного магнитного резонанса.
-
Взаимодействие нуклонов с магнитным полем
- Нуклоны подвергаются крутящему моменту, стремящемуся ориентировать их магнитный момент параллельно полю.
- Ларморовская частота определяется произведением гиромагнитного отношения на напряженность магнитного поля.
- Нейтрон прецессирует против часовой стрелки относительно внешнего магнитного поля.
-
Ядерный магнитный резонанс
- Используется для спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР).
- ЯМР позволяет определять структуру молекул.
-
Определение спина нейтрона
- Взаимодействие магнитного момента нейтрона с магнитным полем использовалось для определения его спина.
- В 1949 году Хьюз и Берджи измерили угловое распределение отражений нейтронов, подтвердив спин 1/2.
- В 1954 году Шервуд и др. использовали эксперимент Штерна-Герлаха для разделения спиновых состояний нейтронов.
-
Нейтроны для исследования свойств материалов
- Нейтроны могут глубоко проникать в материю, что используется для исследования свойств вещества.
- Магнитный момент нейтрона используется для определения магнитных свойств материалов.
-
Управление нейтронными пучками
- Магнитный момент нейтрона позволяет управлять нейтронными пучками с помощью магнитных полей.
- Нейтронные магнитные зеркала и направляющие используют полное внутреннее отражение для управления пучками медленных нейтронов.
-
Ядерные магнитные моменты
- Магнитные моменты нуклонов вносят вклад в ядерный магнитный момент.
- Дейтрон обладает простейшим примером ядерного магнитного момента.
-
Природа магнитных моментов нуклонов
- Магнитные дипольные моменты могут быть созданы амперианскими или гилбертовскими магнитными диполями.
- Ферми показал, что магнитные моменты ядер являются амперианскими.
-
Аномальные магнитные моменты и физика мезонов
- Аномальные магнитные моменты нуклонов были проблемой на протяжении 30 лет.
- Вик предположил, что магнитные моменты могут быть вызваны квантово-механическими флуктуациями.
- КЭД объясняет аномальный магнитный момент электрона, но не нуклонов.
- Взаимодействие Юкавы для нуклонов опосредуется пионами-мезонами.
-
История исследований магнитных моментов нуклонов
- В период с конца 1948 по середину 1949 года появилось шесть статей о вычислениях нуклонных моментов второго порядка.
- Эти теории были провальными, так как давали результаты, сильно расходившиеся с наблюдениями.
- Серьезные усилия продолжались в течение следующих двух десятилетий, но без особого успеха.
-
Кварковая модель магнитных моментов нуклонов
- В кварковой модели адронов нейтрон состоит из одного верхнего и двух нижних кварков, а протон — из одного нижнего и двух верхних кварков.
- Магнитный момент нуклонов можно смоделировать как сумму магнитных моментов составляющих их кварков.
- Расчет предполагает, что кварки ведут себя как точечные частицы Дирака.
-
Успехи и противоречия
- В 1964 году М. Бег, Б. Ли и А. Паис теоретически рассчитали отношение магнитных моментов протона к нейтрону, что с точностью соответствует экспериментальному значению.
- Противоречие квантово-механической основы расчета с принципом исключения Паули привело к открытию цветового заряда кварков О. Гринберг.
-
Современные расчеты и сложности
- Простой расчет дает точные оценки магнитных моментов нейтронов, протонов и других барионов.
- Массы кварков составляют лишь около 1% массы нуклона, что приводит к расхождению с расчетами.
- Сложная система кварков и глюонов требует релятивистского подхода.
-
Вычислительные ресурсы и дальнейшие исследования
- Магнитные моменты нуклонов были успешно вычислены на основе первых принципов, что потребовало значительных вычислительных ресурсов.
- Исследования продолжаются, включая изучение эффекта Ааронова–Кашера и нейтронного микроскопа ЛАРМОРА.