Momen magnetik proton

Momen magnetik proton adalah momen dipol magnetik proton yang disimbolkan dengan μ_p. Proton dan neutron, keduanya merupakan nukleon yang menyusun inti dari suatu atom, dan nukleon tersebut berperan sebagai magnet kecil yang kekuatannya diukur melalui momen magnetik mereka. Besarnya momen magnetik proton menunjukkan bahwa proton bukanlah suatu partikel elementer.

Deskripsi

Nilai momen magnetik proton yang direkomendasikan oleh CODATA adalah μ_p = 2,7928473508(85) μ_N.^[1] Pengukuran yang lebih presisi sejak saat itu telah dilakukan, dengan hasil μ_p = 2,79284734462(82) μ_N, dengan pengembangan presisi pada kelipatan-11.^[2] Dalam nilai tersebut, μ_N adalah magneton nuklir, suatu konstanta fisika dan satuan standar bagi momen magnetik komponen inti. Dalam satuan SI, nilai CODATA bagi μ_p adalah 1,4106067873(97)×10⁻²⁶ J⋅T⁻¹ (1,5210322053(46)×10⁻³ μ_B). Momen magnetik merupakan kuantitas vektor, dan arah momen magnetik proton ditentukan melalui spin-nya. Torsi pada proton yang dihasilkan dari suatu medan magnet luar mengarah sejajar dengan vektor spin proton dengan arah yang sama dengan vektor medan magnetnya.

Magneton nuklir adalah momen magnetik spin dari suatu partikel Dirac, suatu partikel elementer ber-spin ½, dengan massa proton m_p. Dalam satuan SI, magneton nuklir dinyatakan sebagai:

μ N = e ℏ 2 m p {\displaystyle \mu _{\mathrm {N} }={{e\hbar } \over {2m_{\mathrm {p} }}}} $\mu _{\mathrm {N} }={{e\hbar } \over {2m_{\mathrm {p} }}}$

yang dalam persamaan di atas, e adalah muatan elementer dan ħ adalah konstanta Planck tereduksi. Momen magnetik partikel ini sebanding dengan spin-nya. Karena proton memiliki muatan +1 e, maka ia memiliki momen magnetik yang sama dengan 1 μ_N berdasarkan persamaan ini. Semakin besar momen magnetik proton, maka membuktikan bahwa partikel ini bukanlah partikel elementer. Momen magnetik proton memiliki nilai bertanda positif. Serupa dengan itu, kenyataan bahwa momen magnetik neutron, μ_n = −1,913 μ_N, bernilai hingga dan negatif menandakan bahwa partikel ini juga bukanlah suatu partikel elementer.^[3] Proton dan neutron tersusun dari kuark, dan momen magnetik kuark tersebut dapat digunakan untuk menghitung momen magnetik nukleon.

Momen magnetik antiproton memiliki besar yang sama, namun berlawanan tanda dengan nilai momen magnetik proton.

Pengukuran

Anomali besarnya momen magnetik proton ditemukan pada tahun 1933 oleh Otto Stern di Hamburg.^[4]^[5] Stern memenangkan Hadiah Nobel dalam Fisika pada tahun 1943 karena penemuannya ini.^[6]

Pada tahun 1934 sebuah kelompok yang dipimpin oleh Stern, yang berada di Pittsburgh, dan I. I. Rabi di New York secara independen melakukan pengukuran momen magnetik proton dan deuteron.^[7]^[8]^[9]

Ketika nilai yang terukur dari partikel tersebut secara kasar saling mendukung satu sama lain, kelompok penelitian Rabi mengkonfirmasi pengukuran awal Stern bahwa momen magnetik proton secara tak terduga bernilai besar.^[10]^[11] Karena deuteron tersusun dari proton dan neutron dengan spin yang selaras, momen magnetik neutron dapat disimpulkan dengan mengurangi momen magnetik deuteron dan proton. Nilai yang dihasilkan bernilai tak nol dan memiliki tanda yang berlawanan dengan nilai proton. Pada akhir tahun 1930-an nilai akurat bagi momen magnetik proton telah diukur oleh kelompok penelitian Rabi menggunakan teknik resonansi magnetik nuklir yang baru dikembangkan.^[11] Nilai momen magnetik proton yang besar serta nilai negatif yang disimpulkan untuk momen magnetik neutron tidak terduga dan menimbulkan banyak pertanyaan.^[10] Nilai-nilai anomali untuk momen magnetik nukleon terus menjadi teka-teki sampai model kuark dikembangkan pada 1960-an.