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 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 = eMl / 2mc, где Ml = mvr — орбитальный момент количества движения электрона. Если учесть, что по квантовым законам орбитальный момент Ml электрона может принимать лишь дискретные значения, кратные постоянной Планка, Ml = l , где l = 0, 1, 2,..., то получится следующее выражение:
(3)
Таким образом, магнитный момент электрона, находящегося в состоянии с орбитальным моментом Ml, кратен М. Бора. Следовательно, в данном случае mБ играет роль элементарного магнитного момента — «кванта» магнитного момента электрона.
Помимо орбитального момента количества движения Ml, обусловленного вращением, электрон обладает собственным механическим моментом — спином, равным s = 1/2 (в единицах ). Спиновый магнитный момент ms = 2mБs, 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.
