量子电动力学
反常磁矩(anomalous magnetic moment, g-2)
/ g-minus-two /
电子表现得像一块微小的旋转磁铁,这块小磁铁有多强,被概括成一个叫 g 的数。最简单的量子理论——狄拉克方程——预言 g 应当恰好等于 2。然而实验发现 g 比 2 稍大一点——大约大千分之一。这一点点超出,即测得的 g 与干净的预言值 2 之间的差距,就是'反常'磁矩,常写作 g-2。
这多出来的一点从何而来?来自电子不断地与它周围沸腾的量子真空相互作用。当电子处在磁场中时,它无时无刻不在发射并重新吸收虚光子,并短暂地凭空召唤出虚的电子-正电子对,每一个这样的过程都会微微改变它的有效磁性。量子电动力学让物理学家把这个反常值算成精细结构常数的一个级数:领头的修正项由施温格在 1948 年算出,就是 alpha 除以二 pi,随后各项再加上从成千上万张图算出的越来越小的修正。
电子的 g-2 是科学中检验得最精确的单个预言:理论与实验吻合到约十二位有效数字。这惊人的吻合是量子电动力学皇冠上的明珠,也是整个量子场论框架的胜利。缪子的 g-2 在今天甚至更耐人寻味:测量暗示它与预言之间存在一点微小的差异,如果这个差异站得住脚,可能是揭示标准模型之外新粒子的第一道裂缝——尽管目前情况尚未尘埃落定。
把单个电子放进磁阱里,测量它的自旋摆动有多快。摆动的速率把 g 揭示到十二位数字,而'2'之后的每一位,都是电子与一团虚光子和电子-正电子对交谈所留下的指纹。
测量 g-2 把单个电子变成了探查量子真空的探针。
常被提及的缪子 g-2'反常'是新物理的一种可能线索,并非已确认的发现;近来理论的更新缩小了差距,此事尚无定论。
又称
另见