自旋

g 因子

g 因子是一个朴素的数,它说明对给定大小的自旋,粒子的磁矩有多强。倘若自旋与磁性按你或许会期望的那种最简单的经典方式相关联,g 因子就应当恰好等于一。结果是大自然并不遵循这种天真的预期,而 g 偏离这个简单值的程度本身就极富信息。

对电子的自旋而言,g 因子非常接近二,而非一。这个二的因子曾是一个真正的谜题,经典思路无法提供它;狄拉克描述电子的相对论方程干净利落地预言了它,这是那套理论的一大胜利。因此 g 因子是一座桥梁,连接着粒子被测出的磁性,与解释其来源的更深理论。

经过极其精细的测量,电子的 g 因子并不恰好是二,而是略大一点,约大千分之一。这一微小的超出,源自电子不断与其周围沸腾的量子真空发生相互作用,量子电动力学把它预言到了小数点后十几位。这一预言与实验之间的吻合,是全部科学中最精密的检验之一——正因如此,这个不起眼的数才如此珍贵。

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

狄拉克方程预言 g = 2;那一点点多出来的,源自与量子真空的相互作用。

g 因子因粒子而异,也因磁矩来自自旋还是轨道运动而异。轨道运动给出的 g 接近一,电子自旋给出的 g 接近二,而质子和中子各有相当不同的取值。

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