Nuklon magnit momenti

Nuklon magnit momentlari proton va neytronning ichki magnit dipol momentlari, m _p va m _n belgilaridir. Atomlarning yadrosi proton va neytronlardan iborat bo'lib, ikkala nuklon ham kichik magnit kabi ishlaydi. Ularning magnit kuchlari magnit momentlari bilan o'lchanadi. Nuklonlar oddiy materiya bilan yadroviy kuch yoki ularning magnit momentlari orqali o'zaro ta'sir qiladi, zaryadlangan proton ham Kulon kuchi bilan o'zaro ta'sir qiladi. Magnit maydonlar magnitlangan materiallarni o'rab oladi va elektromagnitlarda ishlatiladigan elektr toklari va vaqt bo'yicha o'zgaruvchan elektr maydonlari tomonidan yaratiladi. Magnit maydonning kuchi va yo'nalishi joylashuvga qarab o'zgarishi mumkinligi sababli, u matematik tarzda fazoning har bir nuqtasiga vektorni tayinlaydigan vektor maydoni deb ataladigan funktsiya bilan tavsiflanadi.Magnit maydon — harakatlanayotgan elektr zaryadlarga va magnit momenpish jismlarga taʼsir qiladigan kuch maydoni.

Ajablanarli darajada katta bo'lgan protonning magnit momenti 1933 yilda to'g'ridan-to'g'ri o'lchangan, neytron esa 1930-yillarning o'rtalarida bilvosita usullar bilan magnit momentga ega ekanligi aniqlangan. Luis Alvares va Feliks Bloch 1940 yilda neytronning magnit momentini birinchi aniq, to'g'ridan-to'g'ri o'lchashni amalga oshirdilar. Protonning magnit momentidan proton yadro magnit rezonansi orqali molekulalarni o'lchash uchun foydalaniladi. Neytronning magnit momentidan materiallarning atom tuzilishini sochish usullari yordamida tekshirish va zarracha tezlatgichlarida neytron nurlarining xossalarini boshqarish uchun foydalaniladi.Elektromagnitikada "magnit maydon" atamasi B va H belgilari bilan belgilangan ikkita aniq, lekin bir-biriga yaqin vektor maydonlar uchun ishlatiladi. Xalqaro birliklar tizimida H ning birligi magnit maydon kuchining birligi metrga amper (A/m) hisoblanadi.  : 22 B ning birligi, magnit oqimining zichligi, tesla (SI asosiy birliklarida: amper uchun sekundiga ² kilogramm),  : 21 bu amper uchun metr boshiga nyutonga teng. Magnit maydonlar harakatlanuvchi elektr zaryadlari va asosiy kvant xususiyati bilan bog'liq bo'lgan elementar zarrachalarning ichki magnit momentlari, ularning spini bilan hosil bo'ladi.   : ch1 Magnit maydonlar va elektr maydonlari o'zaro bog'liq va ikkalasi ham tabiatning to'rtta asosiy kuchidan biri bo'lgan elektromagnit kuchning tarkibiy qismidir.Harakatlanuvchi elektr zaryadi Magnit maydon da tekis aylanma (vint chizigʻi boʻyicha) harakat qiladi. Magnit maydonning ayrim joylarida elektr zaryadlarning harakat yoʻnalishi qarama-qarshisiga oʻzgarishi mumkin. Magnit maydonning bunday joylari magnit koʻzgular deyiladi. Magnit maydon taʼsirida atom ichidagi elektronlar qoʻshimcha harakat qiladi. Atomning nurlanishi Magnit maydon taʼsirida oʻzgaradi (qarang Zeyeman effekti).

Neytronning magnit momentining mavjudligi va proton magnit momentining katta qiymati nuklonlarning elementar zarrachalar emasligini ko'rsatadi. Elementar zarracha ichki magnit momentga ega bo'lishi uchun u spin va elektr zaryadiga ega bo'lishi kerak. Nuklonlar spin-1/2 ga ega ħ, lekin neytron aniq zaryadga ega emas. Ularning magnit momentlari hayratlanarli edi va 1960-yillarda adron zarralari uchun kvark modeli ishlab chiqilgunga qadar to'g'ri tushuntirishga qarshi edi. Nuklonlar uchta kvarkdan tashkil topgan va bu elementar zarrachalarning magnit momentlari birlashib, nuklonlarga magnit momentlarini beradi.

Magnit maydoni va elektromagnit hodisalarni toklarning o‘zaro magnit ta’siriga asoslanib o‘rganishga o‘tamiz, chunki bu o‘zaro ta’sirni ifodalovchi Amper qonunidan elektromagnetizmning eng muhim qonunlari: Bio-Savar-Laplas qonuni va Amper formulasi deyarli bevosita kelib chiqadi.

Parallel toklarning o‘zaro ta’sirini birinchi bo‘lib Amper tajriba orqali aniqlagan. Agar ikki parallel uzun o‘tkazgichlardan o‘tuvchi toklarning yo‘nalishlari bir xil bo‘lsa (2a - rasm), bu tokli o‘tkazgichlar o‘zaro torti-ladi, toklarning yo‘nalishlari qarama-qarshi (2b - rasm) bo‘lsa, bu tokli o‘tkazgichlar o‘zaro itarishishadi. Toklarning o‘zaro ta’siriga sabab, toklarning har biri o‘z atrofidagi fazoda magnit maydon hosil qiladi va bu maydon ikkinchi tokli o‘tkazgichga ta’sir qiladi.

Tavsif

Sxematik diagrammada neytronning spinini qora o'q va neytronning magnit momenti bilan bog'liq magnit maydon chiziqlari sifatida tasvirlangan. Ushbu diagrammada neytronning spini yuqoriga, lekin dipol markazidagi magnit maydon chiziqlari pastga qaratilgan.

Protonning magnit momenti uchun CODATA tavsiya etilgan qiymati μ dir yoki m _p / m _B = Andoza:Val . Neytronning magnit momentining qiymati uchun eng yaxshi mavjud o'lchov μ dir Bu yerda Andoza:Mvar _N - yadro magnitoni, fizik doimiy va yadro komponentlarining magnit momentlari uchun standart birlik. SI birliklarida bu qiymatlar μ va μ Magnit moment vektor kattalik bo'lib, nuklonning magnit momentining yo'nalishi uning spini bilan belgilanadi. Andoza:RpNeytronda tashqi magnit maydon natijasida hosil bo'ladigan moment magnit maydon vektoriga qarama-qarshi bo'lgan neytronning spin vektorini tekislash tomon yo'naltiriladi. Andoza:Rp

Yadro magnitoni proton massasi Andoza:Mvar _p bo'lgan zaryadlangan, spin-1/2 elementar zarracha bo'lgan Dirak zarrasining spin magnit momenti bo'lib, unda anomal tuzatishlar e'tiborga olinmaydi. Andoza:RpYadro magnitoni - formuladan foydalanib, (3) ni hosil qildik. U paytda (1) formula quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi:  (4)

Nyutonning 3-qonuni asosida F₂ kuchga teng bo‘lgan kuch bilan I₂ tok asosida hosil bo‘lgan magnit maydon I₁ tokli o‘tkazgichga ta’sir etadi, ya’ni: (5) Elektr zaryadining kuchi uning joylashishiga, tezligiga va yo'nalishiga bog'liq; Bu kuchni tasvirlash uchun ikkita vektor maydoni ishlatiladi.  : ch1 Birinchisi, elektr maydoni, u statsionar zaryadga ta'sir qiluvchi kuchni tavsiflaydi va harakatdan mustaqil bo'lgan kuchning tarkibiy qismini beradi. Magnit maydon, aksincha, zaryadlangan zarrachalarning tezligi va yo'nalishiga mutanosib bo'lgan kuchning tarkibiy qismini tavsiflaydi.  : 13-ch Maydon Lorents kuch qonuni bilan belgilanadi va har bir lahzada zaryadning harakatiga ham, u boshdan kechirayotgan kuchga ham perpendikulyar bo'ladi.$${\mu }_{\text{N}}=\frac{e\hslash }{2m_{\text{p}}},$$Bu yerda Andoza:Mvar - elementar zaryad, Andoza:Mvar - kamaytirilgan Plank doimiysi . Bunday zarrachaning magnit momenti uning spiniga parallel. Andoza:RpNeytron hech qanday zaryadga ega bo'lmaganligi sababli, shunga o'xshash ifoda bo'yicha u magnit momentga ega bo'lmasligi kerak. Andoza:RpShunday qilib, neytronning nolga teng bo'lmagan magnit momenti uning elementar zarracha emasligini ko'rsatadi. Neytronning magnit momentining belgisi manfiy zaryadlangan zarrachadir. Xuddi shunday, protonning magnit momenti μ deyarli 1 ga teng emas Andoza:Mvar _N uning ham elementar zarra emasligini bildiradi. Protonlar va neytronlar kvarklardan tashkil topgan va kvarklarning magnit momentlari nuklonlarning magnit momentlarini hisoblash uchun ishlatilishi mumkin.

Nuklonlar oddiy moddalar bilan magnit kuchlar orqali o'zaro ta'sir qilsa-da, magnit o'zaro ta'sirlar yadroviy o'zaro ta'sirlardan ko'ra kuchsizroqdir. Shuning uchun neytron magnit momentining ta'siri faqat past energiya yoki sekin neytronlar uchun ko'rinadi. Magnit momentning qiymati zarracha massasiga teskari proportsional bo'lganligi sababli, yadro magnitoni Bor magnitoni kabi 1/2000 ga teng. Shuning uchun elektronning magnit momenti taxminan 1000 ga teng nuklonlarnikidan marta kattaroqdir.

Antiproton va antineytronning magnit momentlari ularning antizarralari proton va neytron bilan bir xil kattalikka ega, ammo ular qarama-qarshi belgiga ega.

Protonning anomal darajada katta magnit momenti 1933 yilda Gamburg universitetida O. Stern tomonidan kashf etilgan. Protonning magnit momenti molekulyar vodorod nurining magnit maydon ta'sirida og'ishini o'lchash orqali aniqlandi. Ushbu kashfiyot uchun Stern 1943 yilda Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi. Demak, bir xil yo‘nalishli toklarning magnit maydonlari bir-birini kuchaytiradi, qarama-qarshi yo‘nalgan toklarning magnit maydonlari esa bir-birini susaytiradi. Harakatlanayotgan zaryad magnit maydonining manbai bo‘ladi. Bu magnit maydoni har qanday harakatdagi zaryadga, jumladan tokli o‘tkazgichga ta’sir tufayli namoyon bo‘ladi. Harakatlanayotgan zaryadga ta’sir qiluvchi kuch magnit kuchi deyiladi.

Shunday qilib, harakatlanayotgan zaryad, jumladan tokli o‘tkazgich har qanday magnit madoynining manbai bo‘ladi.

Neytron

Neytron 1932 yilda kashf etilgan va u hech qanday zaryadga ega bo'lmagani uchun magnit momentga ega emas deb taxmin qilingan. Bilvosita dalillar neytronning magnit momenti uchun noldan farqli qiymatga ega ekanligini ko'rsatdi , ammo 1940 yilda neytronning magnit momentini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash muammoni hal qilmaguncha. Ushbu sohalarning eng yaxshi nomlari va bu sohalar nimani anglatishini aniq talqin qilish uzoq davom etgan munozaralarga sabab bo'lgan bo'lsa-da, asosiy fizikaning qanday ishlashi haqida keng kelishuv mavjud.  Tarixiy jihatdan, "magnit maydon" atamasi H uchun ajratilgan bo'lsa-da, B uchun boshqa atamalar qo'llanilgan, ammo ko'plab so'nggi darsliklarda "magnit maydon" atamasi B tasvirlash uchun, shuningdek H o'rniga yoki o'rnida ishlatiladi.  Ikkalasining ham muqobil nomlari ko'p (yon panelga qarang). Kuchli va oʻta kuchli Magnit maydon, asosan, qattiqjismlar fizikasida, ferromagnetizm va antiferromagnetizm xossalarini oʻrganishda, magnitogidrodinamik generator va boshqalarda ishlatiladi. Kuchsiz va oʻrtacha Magnit maydon doimiy magnitlar, elektr magnitlar, oʻta oʻtkazuvchi magnitlar, solenoidlar (elektr toki utkazgichi) yordamida, kuchli Magnit maydon yoʻnaltirilgan portlatish usulida olinadi (oxirgi usulda mis quvur ichida oldindan kuchli impulyeli Maghhhhjnit maydon hosil qilinadi va u kuchli portlashning radial bosimiga duch"r qilinadi).

Neytronning magnit momentining qiymatlari mustaqil ravishda R tomonidan aniqlangan.<span typeof="mw:Entity" id="mwng"> </span>Baxer Ann Arbordagi Michigan universitetida (1933) va I. Y. Tamm va S.<span typeof="mw:Entity" id="mwpg"> </span>A. Altshuler Sovet Ittifoqida (1934) atom spektrlarining oʻta nozik tuzilishini oʻrganishdan. Tamm va Altshulerning taxmini to'g'ri belgi va kattalik tartibiga ega bo'lsa ham ( Andoza:Nobr ), natija shubha bilan kutib olindi. Andoza:Rp

1934 yilga kelib Stern boshchiligidagi guruhlar, hozirda Pitsburgdagi Karnegi texnologiya institutida va I. Nyu-Yorkdagi Kolumbiya universitetida I. Rabi proton va deytronning magnit momentlarini mustaqil ravishda o'lchagan edi. Ushbu zarralar uchun o'lchangan qiymatlar faqat guruhlar o'rtasida taxminan bir xil edi, ammo Rabi guruhi oldingi Stern o'lchovlarini proton uchun magnit moment kutilmagan darajada katta ekanligini tasdiqladi. Deytron proton va bir xil spinli neytrondan iborat bo'lganligi sababli, neytronning magnit momentini deytron va proton magnit momentlarini ayirish orqali aniqlash mumkin. Olingan qiymat nolga teng emas edi va protonnikiga qarama-qarshi belgiga ega edi. 1930-yillarning oxiriga kelib, neytronning magnit momentining aniq qiymatlari Rabi guruhi tomonidan yangi ishlab chiqilgan yadro magnit-rezonans usullaridan foydalangan holda o'lchovlar yordamida chiqarildi.

Neytronning magnit momentining qiymati birinchi marta 1940 yilda Berklidagi Kaliforniya universitetida L. Alvares va F. Bloch tomonidan bevosita oʻlchangan Rabi, Alvares va Blox tomonidan ishlab chiqilgan magnit-rezonans usullarining kengaytmasidan foydalanib, neytronning magnit momentini Andoza:Nobr bo'lishini aniqladilar.Andoza:Nobr Erkin neytronlarning yoki yadrosiz alohida neytronlarning magnit momentini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash orqali Alvares va Bloch neytronlarning bu anomal xususiyati haqidagi barcha shubha va noaniqliklarni hal qildilar.

Kutilmagan oqibatlar

Protonning magnit momentining katta qiymati va neytronning magnit momentining manfiy qiymati kutilmagan edi va ularni izohlab bo'lmadi. Nuklonlarning magnit momentlari uchun kutilmagan qiymatlar 1960-yillarda kvark modeli ishlab chiqilgunga qadar jumboq bo'lib qolaverdi.

Rabi o'lchovlarining takomillashtirilishi va evolyutsiyasi 1939 yilda deytronning elektr to'rt kutupli momentga ham ega ekanligini aniqlashga olib keldi. Deytronning bu elektr xususiyati Rabi guruhining o'lchovlariga xalaqit bergan. Bu kashfiyot deytronning fizik shakli simmetrik emasligini anglatardi, bu esa nuklonlarni bog‘lovchi yadroviy kuchning tabiati haqida qimmatli ma’lumot beradi. Rabi 1944-yilda atom yadrolarining magnit xususiyatlarini qayd etishdagi rezonans usuli uchun Nobel mukofoti bilan taqdirlangan.