摘 要:通過構(gòu)造與帶電輕子磁矩相對(duì)應(yīng)的所謂磁矩質(zhì)量值的計(jì)算公式，嘗試給出計(jì)算帶電輕子磁矩的另外一種方法。

關(guān)鍵詞:帶電輕子 磁矩 磁矩質(zhì)量值 亞電子

中圖分類號(hào):P577文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)04(b)-0015-02

眾所周知，根據(jù)英國物理學(xué)家狄拉克的相對(duì)論性量子力學(xué)理論，一個(gè)自旋為1/2的電子的磁矩應(yīng)為一個(gè)波爾磁子，即，式中是實(shí)驗(yàn)測得的電子的靜質(zhì)量值，e是電子的電荷，為普朗克恒量。然而，以后更為精確的物理實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果卻顯示出電子實(shí)際的磁矩要比略大一點(diǎn)，多出來的這一部分磁矩就被人們稱之為反常磁矩。對(duì)于輕子也有類似的情形。至于輕子磁矩的相關(guān)情況，到目前為止還很少見到相關(guān)的報(bào)道和文章。對(duì)于電子和輕子的反常磁矩，現(xiàn)在的物理實(shí)驗(yàn)已經(jīng)測得非常精準(zhǔn)，而且量子電動(dòng)力學(xué)理論對(duì)此也做出了極好的說明，但相應(yīng)的計(jì)算過程很復(fù)雜、高深和專業(yè)化。這里我們要問的是，就帶電輕子磁矩而言，有無另外簡便的計(jì)算方法呢？

從波爾磁子，我們可以看到，電子的正常磁矩與電子的電荷及自旋成正比，而與其靜質(zhì)量成反比，磁矩的大小直接與電子的質(zhì)量有關(guān)。因此，我們應(yīng)該也可以從另外的角度—— 也即從質(zhì)量這方面去考慮與帶電輕子磁矩相關(guān)的問題。我們知道，按照量子場論，一個(gè)真實(shí)的“物理”粒子是由“裸露”的中心粒子和包裹著它的虛光子云組成的。虛光子云的存在應(yīng)該意味著與一部分能量的存在有關(guān)。以通常的情形而言，中心粒子的能量和虛光子云的能量二者相加就應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)上所測得的真實(shí)的“物理”粒子的能量，即

式中為中心粒子的質(zhì)量，為虛光子云的能量，c為真空中的光速。這樣，必定會(huì)有<。這里，我們又不禁要問，在計(jì)算電子及其他帶電輕子的磁矩時(shí)，是否只需考慮其“裸露”的、且?guī)щ姾傻闹行牧Ｗ?，而不?yīng)再去考慮那些包裹著中心粒子的又呈現(xiàn)電中性的虛光子云呢？倘若如此，以取代，則必然會(huì)有。因?yàn)殡娮哟啪氐膶?shí)驗(yàn)測量值略大于，所以在這里也不妨把與聯(lián)系起來考慮，先假定=，也即有。因此，如果要在這里定量計(jì)算出值，就必須能夠計(jì)算出或測量出所謂的中心粒子的質(zhì)量--我們暫且稱之為電子的磁矩質(zhì)量值——與實(shí)驗(yàn)測得的電子磁矩相對(duì)應(yīng)的電子的質(zhì)量值(而非實(shí)驗(yàn)測得的電子的靜質(zhì)量值——與相連系)

作者曾于多年以前給出計(jì)算三代帶電輕子靜質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)公式(見《錦州師范學(xué)院學(xué)報(bào)》1997年第3期、《現(xiàn)代物理知識(shí)》2000年增刊及《今日科苑》2008年第三期)。另外，作者還曾由精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)以及混沌理論中的費(fèi)根鮑姆常數(shù)所構(gòu)成的這個(gè)值，給出了另外一個(gè)計(jì)算帶電輕子磁矩值的經(jīng)驗(yàn)公式(見《今日科苑》2008年第三期、《科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)》2010年第34期)。這兩個(gè)公式有一個(gè)共同之處，就是都和所謂的代量子數(shù)n密切相關(guān)，而關(guān)于磁矩值的經(jīng)驗(yàn)公式還和弱電統(tǒng)一理論中的一個(gè)重要參數(shù)密切相關(guān)。綜合考慮以上這兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式和其他相關(guān)因素后，作者進(jìn)一步通過數(shù)值計(jì)算再構(gòu)造出如下的公式:

(1)

(2)

式中=，為電子的磁矩值(也即)，n=2和=3分別所對(duì)應(yīng)的及為輕子與輕子的磁矩值，而B=，

，，

，為弱作用理論中的費(fèi)米常數(shù)，為普朗克質(zhì)量。

很顯然，公式(1)、(2)是否合理也許只能由相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果去評(píng)判。1)我們已經(jīng)知道精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)和電子、輕子的靜質(zhì)量以及磁矩均已由實(shí)驗(yàn)測得非常準(zhǔn)確，而值測得還不夠準(zhǔn)確，目前的實(shí)驗(yàn)值為0.222560.00055;將上述其他相關(guān)數(shù)值代入公式(2)，我們可以求出一個(gè)值，從而求得相應(yīng)的值為0.222826016，這和前面的實(shí)驗(yàn)值很接近;2)將后面這個(gè)的計(jì)算值帶回公式(1)，我們可以求得，再結(jié)合值就可以求出約為1.738606×，而目前相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)值為1.73859(15)×;3)作者由計(jì)算三代帶電輕子磁矩值的經(jīng)驗(yàn)公式得到的輕子的磁矩值K3為1.00116898219，將這個(gè)K3值再帶回公式(2)，就可以得出輕子的靜質(zhì)量為1777.17323MeV，而目前的實(shí)驗(yàn)值為1776.99(29)MeV。

另外，對(duì)于值為0.222826016雖然可以由上述公式(2)求出，但似乎并不能將其視為一種真正的理論計(jì)算值，應(yīng)該和一些普適的基本物理常數(shù)存在某種聯(lián)系。這里，作者給出另外一個(gè)關(guān)于和其他一些物理常數(shù)相聯(lián)系的等式:

式中的無量綱比值出現(xiàn)在計(jì)算電子靜質(zhì)量的經(jīng)驗(yàn)公式中，在該公式中的位置和作用與本文所列出的公式(1)中的無量綱比值相似。這個(gè)等式中的約為0.222826029，與上述公式(1)、(2)中所取的也很接近。

這里，我們?cè)儆懻摿硗庖粋€(gè)有趣的問題，即上述公式(2)中的n的取值問題?？梢赃@樣說，本文公式(2)中的n=1、2、3主要是考慮到目前實(shí)驗(yàn)上只發(fā)現(xiàn)了三代夸克和輕子這個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，并無明顯的理論根據(jù)。從數(shù)學(xué)上看，公式(2)中n也可以為零，只是不知道n=0對(duì)應(yīng)著一種什么樣的狀態(tài)，是我們這個(gè)宇宙的極早期嗎？對(duì)此我們現(xiàn)在無法肯定，似乎也不能簡單地否定。從公式

也許可以得到關(guān)于n取值的一點(diǎn)點(diǎn)相關(guān)線索，即該公式右邊的指數(shù)3也許隱含了式中的n至多只能取到3。是否也同時(shí)隱含著n只能取1、2、3這三個(gè)值呢？現(xiàn)在也不得而知。只是從數(shù)學(xué)上看，公式中的n同樣也可以為零。倘若如此，由上述這兩個(gè)公式，就分別可以求出一個(gè)值和一個(gè)K0值，進(jìn)一步就可以求出一個(gè)201eV。那么質(zhì)量約為201eV這樣的“亞電子”—— 比電子的靜質(zhì)量小很多的帶電粒子能否真的存在呢？如果我們考慮到物理實(shí)驗(yàn)已經(jīng)確認(rèn)輕子和夸克之間存在的對(duì)稱性，也就會(huì)知道這樣的“亞電子”很可能并不存在，因而本文公式中的n不能為零。這和作者以前給出的帶電輕子—— 夸克質(zhì)量關(guān)系式中的n不能為零是一致的(見《科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)》2010年第34期):，該式中的n=1、2、3即為代量子數(shù);而=1對(duì)應(yīng)于u、c、t夸克，=2對(duì)應(yīng)于d、s、b夸克;為帶電輕子的質(zhì)量值，;為強(qiáng)相互作用耦合常數(shù)。

很顯然，上述所有的公式都是迎合了相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果再經(jīng)由數(shù)值計(jì)算而拼湊出來的，更因?yàn)橹?、輕子靜質(zhì)量值以及值的實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果都還遠(yuǎn)不如精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)、電子和輕子的靜質(zhì)量及其磁矩的實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果那樣精確，尤其是輕子的反常磁矩目前還似無定論，所以上述公式是否的確包含有某些合理的成分，目前還不得而知。以上的種種考慮是否有意義也只能留給相關(guān)的專家學(xué)者及物理實(shí)驗(yàn)去評(píng)判了。