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Concept
Moment magnétique anomal
Résumé
En physique des particules, le moment magnétique anomal désigne l'écart entre la valeur du facteur de Landé g d'un lepton et la valeur donnée par l'équation de Dirac. Cette anomalie est remarquablement bien expliquée par le modèle standard, en particulier par l'électrodynamique quantique, lorsque l'influence du vide quantique est prise en compte.
L'anomalie est une quantité sans dimension, notée et donnée par : .
Au moment cinétique orbital d'une particule de charge et de masse est associé un moment magnétique orbital :
Le facteur est appelé rapport gyromagnétique. De même, on associe à une particule de charge , de masse , et de spin S, un moment magnétique de spin :
où est un nombre pur, appelé facteur de Landé (1921). Ce nombre varie selon la nature de la particule : on a approximativement pour l'électron, pour le proton, et pour le neutron.
Pour l'électron, les valeurs propres du spin selon un axe sont ; on introduit alors le « quantum de moment magnétique » suivant, appelé magnéton de Bohr :
L'équation de Dirac prédit pour l'électron un facteur de Landé exactement égal à : . Or, la valeur expérimentale admise en 2014 vaut :
Il existe donc un écart, décelé pour la première fois en 1947 dans la structure hyperfine de l'hydrogène et du deutérium.
On est ainsi amené à introduire une anomalie , définie par :
La théorie quantique des champs du modèle standard permet de calculer cette anomalie. La contribution dominante vient de l'électrodynamique quantique perturbative, et se présente sous la forme d'un développement en série de puissances de la constante de structure fine , également appelée constante de couplage. Plus précisément, on est amené à écrire le développement suivant :
en puissances de .
Note:
Le moment magnétique de l'électron est, à quelques millièmes près, égal au moment magnétique orbital, le magnéton de Bohr. Et cela se voit dès la première correction par Julian Schwinger. En fait la valeur de la constante de structure fine est tirée de cette formule de l'électrodynamique quantique et on obtient :
Le premier terme du développement, calculé par Schwinger en 1948, vaut simplement : .
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