文档介绍：1955年诺贝尔物理学奖 ——兰姆位移与电子磁矩
兰姆
(Willis Eugene Lamb,1913-)
库什
(Polykarp Kusech,1911-1993)
兰姆位移
氢原子是人们最了解的原子之一,从氢原子的光谱线中人们掌握了有关电子的许多知识。如果用精确度为零点几埃的光谱仪来观测氢原子的光谱线系,得到的结果与玻尔理论和薛定谔方程预言的能级十分吻合。但是,改进实验方法,提高光谱仪的分辨率,就会看到氢原子光谱的精细结构。
1928年,狄拉克指出:氢原子处在2S1/2和2P1/2两种状态时,应该具有相同的能量。兰姆采用微波共振方法,让微波通过处于一种状态的氢原子,使其转化到另一种状态。由于微波的能量被吸收了,因此这两种状态应该具有不同的能量。
兰姆位移
兰姆还利用微波共振方法直接测出了与这一能量差相应的频率:±,后人把这个能级差称为兰姆移位。现在的理论认为,这一移位是由于量子化的电子场与电子场之间的高次相互作用引起的,即所谓的“辐射修正”。从同一实验得到的另一个重要测量结果是精细结构常数a的精确值,这是量子电动力学中出现的一个引人注目的无量纲数,当时兰姆测量得到的结果是a=1/(±)。
      兰姆位移实验和电子、m子的反常磁矩实验一起构成了量子电动力学的三大实验支柱。
电子矩阵
1925年乌兰贝克(,Uhlenbeck)和古德斯密()为了解释从光谱实验得到的数据,曾提出过两个假设:(1)电子具有内禀角动量;(2)电子具有磁偶极矩,等于eh/4πmc,即玻尔磁子μB。1928年狄拉克提出的相对论性量子力学把他们的假设自动地包括在内。不过,狄拉克理论并没有考虑量子化电磁场与电子的相互作用。
电子磁矩(以玻尔磁子为单位)与其角动量(以h/2π为单位)之比通称g因子。gL表示电子的轨道g因子,而gs表示电子自旋的g因子。根据狄拉克电子理论,gs等于2。
电子矩阵