En electrodinámica cuántica , el momento magnético anómalo de una partícula es una contribución de los efectos de la mecánica cuántica , expresados por diagramas de Feynman con bucles, al momento magnético de esa partícula. (El momento magnético , también llamado momento dipolar magnético , es una medida de la fuerza de una fuente magnética).
El momento magnético de "Dirac" , correspondiente a los diagramas de Feynman a nivel de árbol (que se puede considerar como el resultado clásico), se puede calcular a partir de la ecuación de Dirac . Generalmente se expresa en términos del factor g ; la ecuación de Dirac predice. Para partículas como el electrón , este resultado clásico difiere del valor observado en una pequeña fracción de un porcentaje. La diferencia es el momento magnético anómalo, denotado y definido como
Electrón
La contribución de un bucle al momento magnético anómalo, correspondiente a la primera y mayor corrección mecánica cuántica, del electrón se encuentra calculando la función de vértice que se muestra en el diagrama adyacente. El cálculo es relativamente sencillo [1] y el resultado de un bucle es:
dónde es la constante de estructura fina . Este resultado fue encontrado por primera vez por Julian Schwinger en 1948 [2] y está grabado en su lápida . A partir de 2016, los coeficientes de la fórmula QED para el momento magnético anómalo del electrón se conocen analíticamente hasta [3] y se han calculado según el pedido.: [4] [5] [6]
La predicción QED concuerda con el valor medido experimentalmente en más de 10 cifras significativas, lo que hace que el momento magnético del electrón sea la predicción verificada con mayor precisión en la historia de la física . (Consulte las pruebas de precisión de QED para obtener más detalles).
El valor experimental y la incertidumbre actuales son: [7]
Según este valor, se conoce con una precisión de alrededor de 1 parte en mil millones (10 9 ). Esto requirió medicióncon una precisión de alrededor de 1 parte en 1 billón (10 12 ).
Muón
El momento magnético anómalo del muón se calcula de forma similar al electrón. La predicción del valor del momento magnético anómalo del muón incluye tres partes: [8]
De los dos primeros componentes, representa los bucles de fotones y leptones, y los bucles del bosón W, del bosón de Higgs y del bosón Z; ambos pueden calcularse con precisión a partir de los primeros principios. El tercer término,, representa bucles de hadrones; no se puede calcular con precisión solo a partir de la teoría. Se estima a partir de mediciones experimentales de la relación de secciones transversales hadrónicas a muónicas ( R ) en electrón - antielectrón () colisiones. A julio de 2017, la medición no está de acuerdo con el Modelo Estándar por 3.5 desviaciones estándar , [9] lo que sugiere que la física más allá del Modelo Estándar puede estar teniendo un efecto (o que los errores teóricos / experimentales no están completamente bajo control). Ésta es una de las discrepancias de larga data entre el modelo estándar y el experimento.
El experimento E821 en el Laboratorio Nacional de Brookhaven (BNL) estudió la precesión de muones y antimuones en un campo magnético externo constante mientras circulaban en un anillo de almacenamiento confinado. [10] El experimento E821 informó el siguiente valor promedio [8]
Un nuevo experimento en Fermilab llamado " Muon g -2 " utilizando el imán E821 mejorará la precisión de este valor. [11] La toma de datos comenzó en marzo de 2018 y se espera que finalice en septiembre de 2022. [12] Un resultado provisional publicado el 7 de abril de 2021 [13] arroja que, en combinación con las mediciones existentes, da una estimación más precisa , excediendo la predicción del Modelo Estándar en 4.2 desviaciones estándar. Además, el experimento E34 en J-PARC planea comenzar su primera ejecución en 2024. [14]
En abril de 2021, un grupo internacional de catorce físicos informó que mediante el uso de simulaciones de cromodinámica cuántica ab-initio y electrodinámica cuántica pudieron obtener una aproximación basada en la teoría que concordaba más con el valor experimental que con el valor teórico anterior que se basaba en sobre los experimentos de aniquilación de electrones y positrones. [15]
Tau
La predicción del modelo estándar para el momento dipolar magnético anómalo de tau es [16]
- ,
mientras que el mejor medido con destino es [17]
- .
Partículas compuestas
Las partículas compuestas a menudo tienen un gran momento magnético anómalo. Esto es cierto para el protón , que está formado por quarks cargados , y el neutrón , que tiene un momento magnético aunque es eléctricamente neutro.
Ver también
- Momento dipolo eléctrico anómalo
- Factor G (física) (momento magnético adimensional)
- Momento magnético del protón
- Momento magnético de neutrones
- Momento magnético del electrón
- Descomposición de Gordon
Notas
- ^ Peskin, YO; Schroeder, DV (1995). "Sección 6.3". Introducción a la teoría cuántica de campos . Addison-Wesley . ISBN 978-0-201-50397-5.
- ^ Schwinger, J. (1948). "Sobre la electrodinámica cuántica y el momento magnético del electrón" (PDF) . Revisión física . 73 (4): 416–417. Código bibliográfico : 1948PhRv ... 73..416S . doi : 10.1103 / PhysRev.73.416 .
- ^ Laporta, S .; Remiddi, E. (1996). "El valor analítico del electrón (g - 2) en el orden α 3 en QED". Physics Letters B . 379 (1–4): 283–291. arXiv : hep-ph / 9602417 . Código Bibliográfico : 1996PhLB..379..283L . doi : 10.1016 / 0370-2693 (96) 00439-X .
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- ^ Aoyama, Tatsumi; Hayakawa, Masashi; Kinoshita, Toichiro; Nio, Makiko (1 de febrero de 2015). "Momento magnético anómalo electrónico de décimo orden - contribución de diagramas sin bucles leptónicos cerrados". Physical Review D . 91 (3): 033006. arXiv : 1412.8284 . Código bibliográfico : 2015PhRvD..91c3006A . doi : 10.1103 / PhysRevD.91.033006 .
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- ^ "La página de inicio de E821 Muon (g − 2)" . Laboratorio Nacional Brookhaven . Consultado el 1 de julio de 2014 .
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Bibliografía
- Sergei Vonsovsky (1975). Magnetismo de partículas elementales . Editores Mir.
enlaces externos
- Resumen del experimento g − 2
- Kusch, P .; Foley, HM (1948). "El momento magnético del electrón". Revisión física . 74 (3): 250–263. Código Bibliográfico : 1948PhRv ... 74..250K . doi : 10.1103 / PhysRev.74.250 .
- Aoyama, T .; et al. (2020). "El momento magnético anómalo del muón en el modelo estándar" . Informes de física . 887 : 1–166. doi : 10.1016 / j.physrep.2020.07.006 .