Магнето'н, 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 mБ заменой массы электрона m на массу протона М :
эрг/гс
(2)
Физический смысл величины mБ
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 mБ 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 ms
= 2mБ
s
, то есть в 2 раза больше величины, которую следовало ожидать на основании формулы (3), но так как s
= 1
/2
, то ms
электрона также равен М. Бора: ms
= mБ
. 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.