Momen magnetik elektron

Dalam fisika atom, momen magnetik elektron, atau secara spesifik momen dipol magnetik elektron, adalah momen magnetik dari suatu elektron yang disebabkan oleh sifat intrisik spin dan muatan listriknya. Nilai momen magnetik elektron ini kira-kira sebesar −9,284764×10⁻²⁴ J/T. Momen magnetik elektron telah diukur dengan keakuratan 7,6 bagian dalam 10¹³.^[1]

Deskripsi

Elektron adalah suatu partikel bermuatan dengan muatan −1e, di mana e merupakan satuan muatan elementer. Momentum sudutnya berasal dari dua jenis rotasi: spin dan gerakan orbital. Dari elektrodinamika klasik, suatu benda bermuatan listrik yang berotasi menciptakan dipol magnetik dengan kutub magnet yang besarnya sama tetapi berlawanan polaritas. Analogi ini dibuat karena elektron memang berperilaku seperti suatu magnet batang yang kecil. Akibatnya, suatu medan magnet eksternal menghasilkan torsi pada momen magnetik elektron bergantung pada orientasinya terhadap medan magnet tersebut.

Jika elektron digambarkan sebagai suatu partikel bermuatan klasik yang secara harfiah berputar pada sumbunya dengan momentum sudut L, momen dipol magnetiknya μ dinyatakan sebagai^[2]

{\boldsymbol {\mu }}={\frac {-e}{2m_{\text{e}}}}\mathbf {L} ,

di mana m_e adalah massa diam elektron. Perlu dicatat bahwa momentum sudut L dalam persamaan ini dapat berupa momentum sudut spin, momentum sudut orbital, atau momemtum sudut total. Namun pada kenyataannya hasil klasik yang diperoleh tidak sesuai dengan faktor kesebandingan bagi momen magnetik. Karenanya, hasil klasik tersebut dikoreksi dengan mengalikannya dengan faktor koreksi tak berdimensi g, yang dikenal sebagai faktor-g:^[3]

{\boldsymbol {\mu }}=g{\frac {-e}{2m_{\text{e}}}}\mathbf {L} .

Momen magnetik biasanya dinyatakan dalam konstanta Planck tereduksi ħ serta magneton Bohr μ_B:

{\boldsymbol {\mu }}=-g\mu _{\text{B}}{\frac {\mathbf {L} }{\hbar }}.

Karena momen magnetik terkuantisasi dalam satuan μ_B, maka momentum sudutnya juga terkuantisasi dalam satuan ħ.

Sejarah

Sejak Uhlenbeck dan Goudsmit^[4] pertama kali mempostulatkan elektron yang berputar dengan momentum sudut ${\frac {\hbar }{2}}$ dan momen magnetik $\mu _{\text{e}}$ ≡ $\mu _{\text{0}}$ ≡ satu magneton Bohr, momen magnetik elektron memainkan peranan penting dalam pengembangan teori kuantum. Contohnya, dalam makalahnya yang populer pada tahun 1927, Dirac^[5] memperlihatkan bahwa momen magnetik elektron $\mu _{\text{0}}$ merupakan konsekuensi alami dari fungsi gelombang relativistiknya. Dua puluh tahun kemudian, perhitungan Schwinger^[6] mengenai koreksi radiatif $\mu _{\text{e}}$ membantu elektrodinamika kuantum modern untuk mendapat pijakan. Saat ini, kesesuaian antara nilai teoritis dan eksperimen dari momen magnetik elektron menjadi parameter pemeriksaan yang baik bagi teori elektrodinamika kuantum.^[7]

Minat dalam pengukuran $\mu _{\text{e}}$ secara akurat pertama kali dicetuskan oleh Breit,^[8] pada tahun 1947, ketika ia menyarankan bahwa nilai yang sebenarnya mungkin agak lebih besar dari nilai Dirac, $\mu _{\text{0}}$ . Dengan cara ini, ia menjelaskan ketidaksesuaian antara nilai teoritis dan eksperimental pada pembelahan hiperhalus dari atom hidrogen.^[9] Pada saat yang sama, elektrodinamika kuantum dikembangkan dari suksesnya perhitungan Bethe^[10] terhadap pergeseran Lamb^[11] dan, pada tahun 1948, Schwinger menggunakan teori baru untuk menunjukkan bahwa koreksi radiatif menghasilkan orde pertama pada konstanta struktur hiperhalus, α.^[6]

Lihat pula

Referensi

^ B. Odom, D. Hanneke, B. D’Urso, G. Gabrielse (2006). "New Measurement of the Electron Magnetic Moment Using a One-Electron Quantum Cyclotron". Phys. Rev. Lett. 97 (3): 030801. Bibcode:2006PhRvL..97c0801O. doi:10.1103/physrevlett.97.030801.
^ Hestenes, D.; Weingartshofer, A. (2012). The Electron: New Theory and Experiment (dalam bahasa Inggris). Springer Science & Business Media. hlm. 179. ISBN 9789401135702.
^ Gabrielse, Gerald; Hanneke, David (Oktober 2006). "Precision pins down the electron's magnetism". CERN Courier (dalam bahasa Inggris). 46 (8): 35–37. Diarsipkan dari versi asli tanggal 18 Oktober 2006.
^ Uhlenbeck, G. E.; Goudsmit, S. (20 Februari 1926). "Spinning Electrons and the Structure of Spectra". Nature (dalam bahasa Inggris). 117: 264–265. Bibcode:1926Natur.117..587S. doi:10.1038/117264a0.
^ Dirac, P. A. M. (1 Februari 1928). "The Quantum Theory of the Electron". Proc. Roy. Soc. Lond. A (dalam bahasa Inggris). 117 (778): 610–624. Bibcode:1928RSPSA.117..610D. doi:10.1098/rspa.1928.0023. JSTOR 94981.
^ ^a ^b Schwinger, Julian (15 Februari 1948). "On Quantum-Electrodynamics and the Magnetic Moment of the Electron". Phys. Rev. (dalam bahasa Inggris). 73 (4): 416-417. Bibcode:1948PhRv...73..416S. doi:10.1103/PhysRev.73.416.
^ Hughes, Vernon W.; Schultz, Howard L. (1967). Atomic and Electron Physics: Atomic Sources and Detectors (dalam bahasa Inggris). Academic Press. hlm. 23. ISBN 0080859771.
^ Breit, G. (15 November 1947). "Does the Electron Have an Intrinsic Magnetic Moment?". Phys. Rev. (dalam bahasa Inggris). 72 (10): 984. doi:10.1103/PhysRev.72.984.
^ Nafe, J. E.; Nelson, E. B. (1 April 1948). "The Hyperfine Structure of Hydrogen and Deuterium". Phys. Rev. (dalam bahasa Inggris). 73 (7): 718. doi:10.1103/PhysRev.73.718.
^ Bethe, H. A. (15 Agustus 1947). "The Electromagnetic Shift of Energy Levels". Phys. Rev. (dalam bahasa Inggris). 72 (4): 339. doi:10.1103/PhysRev.72.339.
^ Lamb, Jr., W. E.; Retherford, R. C. (1 Agustus 1947). "Fine Structure of the Hydrogen Atom by a Microwave Method". Phys. Rev. (dalam bahasa Inggris). 72 (3): 241. doi:10.1103/PhysRev.72.241.

Daftar pustaka

Sergei Vonsovsky (1975). Magnetism of Elementary Particles (dalam bahasa Inggris). Mir Publishers.
Sin-Itiro Tomonaga (1997). The Story of Spin (dalam bahasa Inggris). University of Chicago Press.