Аномальный магнитный момент - отклонение величины магнитного момента элементарной частицы
от "нормального" значения, предсказываемого релятивистским квантовомеханическим уравнением, описывающим поведение частицы.
Магнитный момент элементарной частицы с массой m и зарядом е представляется в виде ,
где - магнетон для рассматриваемой частицы, - ее спиновый момент (в единицах
), g - безразмерный множитель (g-фактор), зависящий от типа частицы. Из теоремы CPT следует,
что частица и античастица имеют одинаковые g-факторы. Для частицы со спином 1/2 из уравнения Дирака в пренебрежении радиационными
поправками следует, что g=2 при условии, что электромагнитное поле введено минимальным образом, т. е. с помощью замены , где р - 4-импульс частицы, А - четырехмерный
потенциал поля. Значение g=2 отвечает нормальному (дираковскому) магнитному моменту частицы со спином 1/2. Аномальным магнитным моментом называют часть, связанную
с отклонением g-фактора от 2. Эта часть целиком связана с радиационными поправками.
Измерения интервалов сверхтонкой структуры уровней энергии водорода и дейтерия,
выполненные в 1947 Дж. Нафе (J. E. Nafe), Э. Нельсоном (Е. В. Nelson) и И. Раби (I. I Rabi), показали отклонения
от теории, в которой использовалось значение g=2 для электрона. Для объяснения этого отклонения Г. Брейт (G. Breit) в
1947
предположил наличие малой - аномальной - поправки к дираковскому значению g-фактора. В 1948 П. Куш (P. Kusch) и Г. Фоли
(H. Foley) выполнили прямые измерения g-фактора электрона, подтвердившие предположение Брейта, В этом же году Ю. Швингер (J. Schwinger) показал,
что радиационная поправка низшего порядка по постоянной тонкой структуры в рамках квантовой
электродинамики
(КЭД) приводит к значению , хорошо согласующемуся с измеренным.
Аномальный магнитный момент частицы со спином 1/2 удобно выражать через т. н. аномалию . Измерения аномалии для лептонов
- электрона (е-), позитрона (е+), положительно и отрицательно заряженных мюонов
(
и ) относятся к числу наиболее точных измерений в физике. Проведены расчеты вклада в высших радиационных поправок порядка
и , в т. ч. адронной поляризации вакуума и слабого
взаимодействия; заканчиваются расчеты поправки порядка для электрона. Соответствующие экспериментальные и
теоретические
значения хорошо согласуются:
,
Это подтверждает справедливость КЭД и теоремы CPT. [Теоретические расчеты выполнены при значении = 137,035963(15).]
Для частицы со спином 1 нормальному магнитному моменту отвечает значение g=1, поскольку такое значение g-фактора следует из уравнения
Прока при минимальном включении электромагнитного поля. При этом аномальный магнитный момент связан с отклонением g-фактора от единицы. Указанное разделение магнитного
момента частицы со спином 1 на нормальную и аномальную части встречается в литературе, но не является общепринятым. В теории электрослабого взаимодействия
Вайнберга-Глэшоу-Салама для W-бозона g=2.
Для адронов аномальный магнитный момент и нормальный магнитный момент имеют, вообще говоря, одинаковый порядок величины, поэтому часто оказывается неудобным разделять
полный
магнитный момент на нормальную и аномальную части.