自旋

g 因子

g 因子是一個樸素的數,它說明對給定大小的自旋,粒子的磁矩有多強。倘若自旋與磁性按你或許會期望的那種最簡單的經典方式相關聯,g 因子就應當恰好等於一。結果是大自然並不遵循這種天真的預期,而 g 偏離這個簡單值的程度本身就極富資訊。

對電子的自旋而言,g 因子非常接近二,而非一。這個二的因子曾是一個真正的謎題,經典思路無法提供它;狄拉克描述電子的相對論方程乾淨俐落地預言了它,這是那套理論的一大勝利。因此 g 因子是一座橋樑,連接著粒子被測出的磁性,與解釋其來源的更深理論。

經過極其精細的測量,電子的 g 因子並不恰好是二,而是略大一點,約大千分之一。這一微小的超出,源自電子不斷與其周圍沸騰的量子真空發生相互作用,量子電動力學把它預言到了小數點後十幾位。這一預言與實驗之間的吻合,是全部科學中最精密的檢驗之一——正因如此,這個不起眼的數才如此珍貴。

g_electron ≈ 2.00231930436 (Dirac gives 2; the rest is from quantum corrections)

狄拉克方程預言 g = 2;那一點點多出來的,源自與量子真空的相互作用。

g 因子因粒子而異,也因磁矩來自自旋還是軌道運動而異。軌道運動給出的 g 接近一,電子自旋給出的 g 接近二,而質子和中子各有相當不同的取值。

又稱
Landé g-factorgyromagnetic ratio朗德 g 因子旋磁比g 值