Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
6,00
7,00
8,00
Время
9,00
Рис. 8.1. Зависимость значений Н' от времени, вычисленная по результатам
наблюдений, приведенных в табл. 8.1, показывающая влияние дрейфа тока
через магнит [Phys. Rev., 74 (1948), стр. 259,
рис. 2].
Na и Ga составляет 531,319-530,036 = 1,283; этому значению мы приписываем
случайную ошибку ±0,030, что составляет сумму средних отклонений Н',
определенных из (8.3), от вычисленных по отдельным измерениям линий Na и
Ga,..
"Полагая gy(2Sy2) = 2 и gj (2Ру2) = 2/3, находим, что отношение
эффективных полей, вычисленных для Na и
163
Ga, составляет 1,00242 + 0,00006. Чтобы удовлетворить условию
неизменности магнитного поля при измерениях частот линий Ga п Na, следует
положить
-S-ffi = 3 (1,00242 ± 0,00006),
8j{P'kG!l)
где принимается, что отклонения значений gj от номинальных малы".
В общей сложности было проведено три независимых сравнения для четырех
различных атомных состояний. Хотя, как указывалось ранее, отклонения от
ожидаемых значений могли быть вызваны расхождениями как в gL, так и в gs,
Куш и Фоли предпочли интерпретировать их полностью за счет модификации в
gs, т. е. в терминах отличной от нуля величины 6s, введенной в уравнении
(8.2). Результаты представлены в табл. 8.3. Как
Измеренные отношения значений gj и соответствующие значения [Phys. стр.
262, табл. X (1948)] Таблица 8.3 атомов Rev., 74, V
Экспериментальное отношение 6S
gj(2P,hGa)/gj (2Pi/Ga) = 2 (1,00172 ± 0,00006) gj (iStjNaygj (2PV Ga) = 2
(1,00242 ± 0,00006) gj (2Sy2Na)/gy (2P,/2In) = 2 0,00243 ± 0,00010)
0,00114±0,00004 0,00121 ±0,00002 0,00121 ±0,00005
указывали авторы, "различие между значением 8S, полученным по измерениям
линии 2Р±(Ga) - 2Pi/2(Ga) и аналогично линии 2Pi/2(Ga)-2Si/2(Na), по-
видимому, является реальным", несмотря на то что оно находится на пределе
указанной выше погрешности. Однако Куш и Фоли предполагали, что это
различие можно объяснить "за счет малых отклонений свойств реальных
атомных систем от тех, на которых неявно строилась теория, используемая
для анализа экспериментальных данных". В любом случае, по мнению авторов,
"численные резуль-
164
таты не зависят от точных значений любой из фундаментальных атомных
констант".
Куш и Фоли рассматривали согласие между значениями как "очень сильный
аргумент в пользу гипотезы о том, что фундаментальное спиновое
гиромагнитное oi-ношение в действительности отличается от принятого
целочисленного значения". Они проанализировали "различные возмущения
электронных состояний, которые в принципе могли вызвать отклонения
значений атомного g-фактора от тех, которые даются формулой связи", и
заключили, что такие возмущения могли бы в лучшем случае дать лишь
поправки, "не выходящие за пределы ошибки эксперимента". Таким образом,
окончательно gs = 2 (1,00119 ± 0,00005) было принято как наилучшее
значение гиромагнитного отношения, которое вообще может быть получено в
данных экспериментах.
Однако вопрос оставался по-прежнему открытым, хотя в том же выпуске The
Physical Review, где содержалось второе письмо Куша и Фоли, было
опубликовано сообщение Юлиана Швингера, получившего на основании
теоретического расчета величину gs = 2-1,0016. Тем не менее, как заявил
Куш в своей Нобелевской лекции, "важность наблюдения аномального
магнитного момента электрона частично состоит в том, чтобы показать
пригодность методов квантовой электродинамики для описания законов
природы".
В заключение этой главы интересно отметить, что аномальное значение gs-
фактора для электрона было почти открыто десятилетием раньше. В 1934 г.
А. Е. Кинслер из Калифорнийского технологического института исследовал
возможность применения эффекта Зеемана как способа оценки удельного
заряда электрона е/m. Чтобы определить эту величину из данных по
измерениям разностей длин волн, необходимо, помимо измерений магнитного
поля с высокой степенью точности, знать, как связан момент отдельного
электрона со спиновым и орбитальным моментами. Существуют, однако,
некоторые величины или их комбинации, не зависящие от характера -этой
связи. Одну из этих комбинаций можно получить с помощью соотношения,
называемого правилом g-сумм, согласно которому сумма значений gj для всех
состояний с данным /, образованных из данной комбинации одноэлектронных
состояний,
165
не зависит от характера спин-орбитальной связи. Кинс-лер предпринял
проверку этого правила, используя два состояния неона, в которых пять
электронов находилось в 2р-состояниях и один - в Зя-состоянии. Для неона
очень хорошо выполняются условия, упомянутые ранее в этой главе, при
которых L и 5 являются приближенными интегралами движения. Поэтому эти
два состояния можно обозначать, согласно схеме, как 1Р\ и аР\. Используя
рассмотренные выше уравнения для вычисления gj, получим
Измерения Кинслера дали следующий результат:
Расхождение со значениями, полученными из уравнения (8.4), значительны,
однако их можно отнести на счет несовершенства теоретического описания в
