g因子- 维基百科，自由的百科全书

g因子，亦稱g值、無量綱磁矩，是用於描述某粒子的磁矩和旋磁比的無量綱量。

它是表達了觀測到的粒子 ... \hbar }{\boldsymbol {I}}=g{e \over 2m_{\text{p}}}{\boldsymbol {I}},}. g因子 語言 監視 編輯   關於描述加速度的力學概念，請見「G力」。

g因子，亦稱g值、無量綱磁矩，是用於描述某粒子的磁矩和旋磁比的無量綱量。

它是表達了觀測到的粒子磁矩與其角動量量子數和某單位磁矩（一般為玻爾磁子或核磁子）之間關係的一個比例常數。

目次 1定義 1.1狄拉克粒子 1.2重子和原子核 2計算 2.1電子的g因子 2.1.1自旋g因子 2.1.2軌域g因子 2.1.3總角動量g因子 2.2μ子的g因子 3g因子測量值 4參考資料 5參見 定義編輯 狄拉克粒子編輯 對於一個帶電荷，自旋為1/2，不含內部結構的粒子（狄拉克粒子），其自旋磁矩為[1] μ = g e 2 m S , {\displaystyle{\boldsymbol{\mu}}=g{e\over2m}{\boldsymbol{S}},}  其中μ是該粒子的自旋磁矩，g是粒子的g因子，e是基本電荷，m是粒子的質量，S是粒子的自旋角動量（對於狄拉克粒子的值為ħ/2）。

重子和原子核編輯 質子、中子、原子核等複合重子的磁矩由自旋產生（在自旋和磁矩均為零的情況下，無法定義g因子）。

循慣例，對於此類粒子使用核磁子來定義g因子，因此從間接上利用了質子的質量，而不是該粒子本身的質量： μ = g μ N ℏ I = g e 2 m p I , {\displaystyle{\boldsymbol{\mu}}=g{\mu_{\text{N}}\over\hbar}{\boldsymbol{I}}=g{e\over2m_{\text{p}}}{\boldsymbol{I}},}  其中μ是該粒子的自旋磁矩，g是粒子的有效g因子，I是粒子的自旋角動量，μN是核磁子，e是基本電荷，mp是質子的靜質量。

計算編輯 電子的g因子編輯 電子共有三個磁矩，分別來自它的自旋角動量、軌域角動量以及總角動量（前兩者在量子力學下之和）。

它們各有一個相應的g因子。

自旋g因子編輯 電子自旋g因子（往往簡稱為電子g因子）ge定義為： μ s = g e μ B ℏ S , {\displaystyle{\boldsymbol{\mu}}_{\text{s}}=g_{\text{e}}{\mu_{\text{B}}\over\hbar}{\boldsymbol{S}},}  其中μs是電子自旋所產生的磁矩，S是自旋角動量， μ B = e ℏ / 2 m e {\displaystyle\mu_{B}=e\hbar/2m_{e}}  是玻爾磁子。

在原子物理學裏，電子自旋g因子往往定義為ge的絕對值： g s = | g e | = − g e . {\displaystyleg_{\text{s}}=|g_{\text{e}}|=-g_{\text{e}}.}  磁矩的z分量可寫作 μ z = − g s μ B m s . {\displaystyle\mu_{\text{z}}=-g_{\text{s}}\mu_{\text{B}}m_{\text{s}}.}  gs的值約等於2.002319。

截至2006年，電子gs值得實驗誤差值在1兆（萬億）分之一以下，是物理學中測量精度最高的物理量之一。

[2][3]它之所以不完全等於2，是量子電動力學中的異常磁矩所致。

[4] 軌域g因子編輯 電子軌域g因子gL定義為 μ L = − g L μ B ℏ L , {\displaystyle{\boldsymbol{\mu}}_{\text{L}}=-g_{\text{L}}{\mu_{\mathrm{B}}\over\hbar}{\boldsymbol{L}},}  其中μL是電子軌域角動量所產生的的磁矩，L是軌域角動量，μB是玻爾磁子。

如果假設原子核質量無限大，則gL等於1，推導方法和經典旋磁比雷同。

設ml為電子軌域的磁量子數，則軌域角動量的z分量為 μ z = g L μ B m l . {\displaystyle\mu_{\text{z}}=g_{\text{L}}\mu_{\text{B}}m_{\text{l}}.}  由於gL=1，因此上式亦等於μBml。

實際原子核的質量是有限的，這時可得出有效軌域g因子[5] g L = 1 − 1 M , {\displaystyleg_{L}=1-{\frac{1}{M}},}   其中M是原子核質量與電子質量之比。

總角動量g因子編輯 最後，總角動量g因子（又稱朗德g因子）gJ定義為 μ = − g J μ B ℏ J , {\displaystyle{\boldsymbol{\mu}}=-g_{\text{J}}{\mu_{\text{B}}\over\hbar}{\boldsymbol{J}},}  其中μ是電子的總磁矩，J=L+S是總角動量，μB是玻爾磁子。

利用量子力學，可從gL和gs的值得出gJ的值，詳見朗德g因子。

μ子的g因子編輯  如果自然界的確存在超對稱，那麼包含新粒子的圈圖就會影響μ子的g−2的值。

領頭項包括圖中兩個圈圖：超中性子和超μ子迴圈，以及超荷子（英語：Chargino）和超中微子迴圈。

這屬於超越標準模型的物理學。

μ子的自旋g因子由下式給出： μ = g e 2 m μ S , {\displaystyle{\boldsymbol{\mu}}=g{e\over2m_{\mu}}{\boldsymbol{S}},}  其中μ是μ子自旋所產生的的磁矩，S是自旋角動量，mμ是μ子的質量。

μ子的自旋g值約為2.002331，與電子的自旋g值有細微的差異。

差異的絕大部分（99.96%）可以用量子電動力學中異常磁矩的計算方法來解釋：在描述μ子產生磁偶極子場的費曼圖中，有包含大質量粒子的圈圖，在描述電子的圖中則沒有。

這完全是兩種粒子質量不同的結果。

但是，μ子和電子g因子之間的差別從理論上可以受超越標準模型的物理學所影響，所以μ子g因子的精確實驗測量對物理學有著重要意義。

美國布魯克黑文國家實驗室在2006年公佈的實驗值為7000200233184160000♠2.0023318416(13)，其中括號表示最後位數的不確定性；相比之下，理論值為7000200233183610000♠2.0023318361(10)。

[6]實驗和理論值的差距在3.4個標準差，意味著可能存在來自超越標準模型的物理效應。

布魯克黑文的μ子儲藏環已轉移至費米實驗室，以進行精確度更高的μ子g−2測量實驗（英語：Muong−2）。

[7] g因子測量值編輯 粒子 符號 g值 不確定性 電子 ge 2999799768069563818♠−2.00231930436182 6987520000000000000♠0.00000000000052 μ子 gμ 2999799766815820000♠−2.0023318418 6991130000000000000♠0.0000000013 中子 gn 2999617391455000000♠−3.82608545 6993900000000000000♠0.00000090 質子 gp 7000558569470199999♠+5.585694702 6992170000000000000♠0.000000017 2014年美國國家標準技術研究所科學技術數據委員會所建議的g因子值[8]參考資料編輯 ^Povh,Bogdan;Rith,Klaus;Scholz,Christoph;Zetsche,Frank.ParticlesandNuclei.2013-04-17[2018-08-20].ISBN 978-3-662-05023-1.（原始內容存檔於2019-06-09）.  ^Gabrielse,Gerald;Hanneke,David.Precisionpinsdowntheelectron'smagnetism(PDF).CERNCourier.October2006,46(8):35–37[2018-08-20].（原始內容存檔(PDF)於2017-03-13）.  ^Odom,B.;Hanneke,D.;d』Urso,B.;Gabrielse,G.Newmeasurementoftheelectronmagneticmomentusingaone-electronquantumcyclotron.PhysicalReviewLetters.2006,97(3):030801.Bibcode:2006PhRvL..97c0801O.PMID 16907490.doi:10.1103/PhysRevLett.97.030801.  ^Brodsky,S;Franke,V;Hiller,J;McCartor,G;Paston,S;Prokhvatilov,E.Anonperturbativecalculationoftheelectron'smagneticmoment.NuclearPhysicsB.2004,703(1–2):333–362.Bibcode:2004NuPhB.703..333B.arXiv:hep-ph/0406325  .doi:10.1016/j.nuclphysb.2004.10.027.  ^Lamb,WillisE.FineStructureoftheHydrogenAtom.III.PhysicalReview.1952-01-15,85(2):259–276.Bibcode:1952PhRv...85..259L.doi:10.1103/PhysRev.85.259.  ^Hagiwara,K.;Martin,A.D.;Nomura,Daisuke;Teubner,T.Improvedpredictionsforg−2ofthemuonandαQED(M2Z).PhysicsLettersB.2006-11-08,649(2–3):173–179.Bibcode:2007PhLB..649..173H.arXiv:hep-ph/0611102  .doi:10.1016/j.physletb.2007.04.012.  ^Muong-2.Muon-g-2.fnal.gov.[2015-05-08].（原始內容存檔於2015-12-09）.  ^CODATAvaluesofthefundamentalconstants.NIST.[2017-11-05].（原始內容存檔於2016-03-03）.  參見編輯 異常磁矩 電子磁矩 取自「https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=G因子&oldid=64138731」