न्यूक्लियॉन चुंबकीय क्षण

न्यूक्लियॉन चुंबकीय क्षण प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के आंतरिक चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण होते हैं, प्रतीक μp और μn. परमाणुओं के परमाणु नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, दोनों न्यूक्लियॉन जो छोटे चुंबक के रूप में व्यवहार करते हैं। उनकी चुंबकीय शक्ति को उनके चुंबकीय क्षणों से मापा जाता है। न्यूक्लियंस सामान्य पदार्थ के साथ या तो परमाणु बल या उनके चुंबकीय क्षणों के माध्यम से बातचीत करते हैं, आवेशित प्रोटॉन भी कूलम्ब बल द्वारा परस्पर क्रिया करते हैं।

प्रोटॉन का चुंबकीय क्षण, आश्चर्यजनक रूप से बड़ा, सीधे 1933 में मापा गया था, जबकि न्यूट्रॉन को 1930 के दशक के मध्य में अप्रत्यक्ष तरीकों से चुंबकीय क्षण के लिए निर्धारित किया गया था। लुइस वाल्टर अल्वारेज़ और फेलिक्स बलोच ने 1940 में न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण का पहला सटीक, प्रत्यक्ष मापन किया। प्रोटॉन के चुंबकीय क्षण का उपयोग प्रोटॉन परमाणु चुंबकीय अनुनाद द्वारा अणुओं का मापन करने के लिए किया जाता है। बिखरने के तरीकों का उपयोग करके सामग्री की परमाणु संरचना की जांच करने और कण त्वरक में न्यूट्रॉन बीम के गुणों में हेरफेर करने के लिए न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण का उपयोग किया जाता है।

न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण का अस्तित्व और प्रोटॉन चुंबकीय क्षण के लिए बड़ा मूल्य संकेत करता है कि न्यूक्लियॉन प्राथमिक कण नहीं हैं। एक प्राथमिक कण के लिए एक आंतरिक चुंबकीय क्षण होने के लिए, इसमें स्पिन (भौतिकी) और विद्युत आवेश दोनों होने चाहिए। न्यूक्लियॉन का स्पिन-1/2 ħ होता है, लेकिन न्यूट्रॉन का कोई नेट चार्ज नहीं होता है। 1960 के दशक में हैड्रान कणों के लिए क्वार्क मॉडल विकसित होने तक उनके चुंबकीय क्षण हैरान कर देने वाले थे और एक वैध व्याख्या को चुनौती देते थे। न्यूक्लियॉन तीन क्वार्क से बने होते हैं, और इन प्राथमिक कणों के चुंबकीय क्षण मिलकर न्यूक्लियॉन को उनके चुंबकीय क्षण देते हैं।

विवरण
विज्ञान और प्रौद्योगिकी के लिए डेटा संबंधी समिति ने प्रोटॉन के चुंबकीय क्षण के लिए अनुशंसित मान है = $1.521 μ_{B}$. न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण के मान के लिए सर्वोत्तम उपलब्ध माप है यहाँ, $μ$N परमाणु चुंबकत्व, परमाणु घटकों के चुंबकीय क्षणों के लिए एक भौतिक स्थिरांक और मानक इकाई है। एसआई इकाइयों में, ये मान हैं  और  एक चुंबकीय क्षण एक सदिश मात्रा है, और न्यूक्लियॉन के चुंबकीय क्षण की दिशा इसके स्पिन द्वारा निर्धारित की जाती है।  न्यूट्रॉन पर बलाघूर्ण जो बाहरी चुंबकीय क्षेत्र से उत्पन्न होता है, न्यूट्रॉन के स्पिन वेक्टर को चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर के विपरीत संरेखित करने की ओर होता है। नाभिकीय चुंबकत्व एक डायराक समीकरण का स्पिन चुंबकीय क्षण है, एक आवेशित, स्पिन-1/2 प्राथमिक कण, एक प्रोटॉन के द्रव्यमान के साथ $m$p, जिसमें विषम चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण की उपेक्षा की जाती है। परमाणु मैग्नेटन है $$\mu_\text{N} = \frac{e \hbar}{2 m_\text{p}},$$ कहाँ $e$ प्राथमिक शुल्क है, और $ħ$ घटी हुई प्लैंक स्थिरांक है। ऐसे कण का चुंबकीय आघूर्ण उसके चक्रण के समानांतर होता है। चूंकि न्यूट्रॉन में कोई आवेश नहीं होता है, इसलिए समान व्यंजक के अनुसार इसका कोई चुंबकीय आघूर्ण नहीं होना चाहिए।  न्यूट्रॉन का गैर-शून्य चुंबकीय क्षण इस प्रकार इंगित करता है कि यह प्राथमिक कण नहीं है। न्यूट्रॉन के चुंबकीय आघूर्ण का चिन्ह एक ऋणावेशित कण का होता है। इसी प्रकार प्रोटोन का चुम्बकीय आघूर्ण,  लगभग 1 के बराबर नहीं है$μ$N इंगित करता है कि यह भी एक प्रारंभिक कण नहीं है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन क्वार्क मॉडल से बने होते हैं, और क्वार्क के चुंबकीय क्षणों का उपयोग न्यूक्लियंस के चुंबकीय क्षणों की गणना करने के लिए किया जा सकता है। यद्यपि न्यूक्लियॉन्स चुंबकीय बलों के माध्यम से सामान्य पदार्थ के साथ संपर्क करते हैं, लेकिन चुंबकीय इंटरैक्शन परमाणु इंटरैक्शन से कमजोर परिमाण के कई आदेश हैं। न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण का प्रभाव इसलिए केवल कम ऊर्जा, या धीमे, न्यूट्रॉन के लिए स्पष्ट है। क्योंकि चुंबकीय क्षण का मान कण द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है, परमाणु चुंबक बोह्र चुंबकत्व से लगभग 1/2000 बड़ा होता है। इसलिए इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षण न्यूक्लियॉन की तुलना में लगभग 1000 गुना बड़ा होता है। उपाध्यक्ष और प्रतिन्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षणों का परिमाण उनके एंटीपार्टिकल्स के समान होता है, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, लेकिन उनके विपरीत चिह्न हैं।

प्रोटोन
प्रोटॉन के असामान्य रूप से बड़े चुंबकीय क्षण की खोज 1933 में ओटो स्टर्न | ओ द्वारा की गई थी। हैम्बर्ग विश्वविद्यालय में स्टर्न। प्रोटॉन के चुंबकीय क्षण को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा आणविक हाइड्रोजन के बीम के विक्षेपण को मापकर निर्धारित किया गया था। इस खोज के लिए स्टर्न को 1943 में नोबेल पुरस्कार मिला।

न्यूट्रॉन
न्यूट्रॉन की खोज 1932 में हुई थी, और चूँकि इसमें कोई आवेश नहीं था, इसलिए यह मान लिया गया कि इसमें कोई चुंबकीय क्षण नहीं है। अप्रत्यक्ष साक्ष्य ने सुझाव दिया कि न्यूट्रॉन का चुंबकीय क्षण के लिए गैर-शून्य मान था, हालाँकि, 1940 में न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण के प्रत्यक्ष मापन से समस्या का समाधान हो गया। न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण के मान स्वतंत्र रूप से रॉबर्ट बाकर | आर द्वारा निर्धारित किए गए थे। बाकर एन आर्बर (1933) में मिशिगन विश्वविद्यालय में और इगोर टैम | आई। वाई. टैम और सीमेन अल्टशुलर|एस. ए अल्टशुलर सोवियत संघ (1934) में परमाणु स्पेक्ट्रा की हाइपरफाइन संरचना के अध्ययन से। हालांकि टैम और अल्टशुलर के अनुमान में परिमाण का सही संकेत और क्रम था ($μ$n = $-0.5 μ_{N}$), परिणाम संदेह के साथ मिले थे। 1934 तक स्टर्न के नेतृत्व में समूह, जो अब पिट्सबर्ग में प्रौद्योगिकी के कार्नेगी संस्थान में हैं, और इसिडोर इसाक रबी|I. I. न्यूयॉर्क शहर में कोलंबिया विश्वविद्यालय में रबी ने स्वतंत्र रूप से प्रोटॉन और ड्यूटेरॉन के चुंबकीय क्षणों को मापा था।  इन कणों के लिए मापित मान केवल समूहों के बीच मोटे समझौते में थे, लेकिन रबी समूह ने पहले के स्टर्न मापों की पुष्टि की कि प्रोटॉन के लिए चुंबकीय क्षण अप्रत्याशित रूप से बड़ा था। चूंकि एक ड्यूटेरॉन एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन से बना होता है, जो संरेखित स्पिन के साथ होता है, न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण को ड्यूटेरॉन और प्रोटॉन के चुंबकीय क्षणों को घटाकर अनुमान लगाया जा सकता है। परिणामी मान शून्य नहीं था और प्रोटॉन के विपरीत एक चिन्ह था। 1930 के दशक के अंत तक, न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण के लिए सटीक मान रबी समूह द्वारा नव विकसित परमाणु चुंबकीय अनुनाद तकनीकों को नियोजित करने वाले मापों का उपयोग करके निकाला गया था।

न्यूट्रॉन के चुंबकीय आघूर्ण का मान सबसे पहले सीधे लुइस वाल्टर अल्वारेज़|एल द्वारा मापा गया था। अल्वारेज़ और फ़ेलिक्स बलोच | एफ। 1940 में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले, बर्कले, कैलिफोर्निया में बलोच। रबी, अल्वारेज़ और बलोच द्वारा विकसित चुंबकीय अनुनाद विधियों के विस्तार का उपयोग करके न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण को निर्धारित किया गया $μ$n = $-1.93 μ_{N}$. मुक्त न्यूट्रॉन, या नाभिक से मुक्त अलग-अलग न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण को सीधे मापकर, अल्वारेज़ और बलोच ने न्यूट्रॉन की इस विषम संपत्ति के बारे में सभी संदेहों और अस्पष्टताओं को हल किया।

अप्रत्याशित परिणाम
प्रोटॉन के चुंबकीय आघूर्ण का बड़ा मान और न्यूट्रॉन के चुंबकीय आघूर्ण का अनुमानित ऋणात्मक मान अनपेक्षित था और इसकी व्याख्या नहीं की जा सकती थी। 1960 के दशक में क्वार्क मॉडल विकसित होने तक न्यूक्लियंस के चुंबकीय क्षणों के लिए अप्रत्याशित मूल्य एक पहेली बने रहेंगे। रबी मापन के शोधन और विकास ने 1939 में इस खोज को जन्म दिया कि ड्यूटेरॉन में भी एक चतुष्कोण होता है। ड्यूटेरॉन का यह वैद्युत गुण रबी समूह द्वारा मापन में हस्तक्षेप कर रहा था। खोज का मतलब था कि ड्यूटेरॉन का भौतिक आकार सममित नहीं था, जो परमाणु बल बाध्यकारी नाभिकों की प्रकृति में मूल्यवान अंतर्दृष्टि प्रदान करता था। रबी को 1944 में परमाणु नाभिक के चुंबकीय गुणों की रिकॉर्डिंग के लिए अनुनाद विधि के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

न्यूक्लियॉन जाइरोमैग्नेटिक रेशियो
किसी न्यूक्लिऑन का चुंबकीय आघूर्ण कभी-कभी इसके g-कारक (भौतिकी) के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है$g$-कारक, एक आयामहीन अदिश। सम्मेलन परिभाषित करता है $g$न्यूट्रॉन या प्रोटॉन जैसे मिश्रित कणों के लिए कारक है $$\boldsymbol{\mu} = \frac{g \mu_\text{N}}{\hbar} \boldsymbol{I},$$ कहाँ$μ$आंतरिक चुंबकीय क्षण है,$I$स्पिन कोणीय गति है, और $g$ प्रभावी है $g$-कारक। जब $g$-कारक आयामहीन है, समग्र कणों के लिए यह परमाणु चुंबकत्व की प्राकृतिक इकाई के सापेक्ष परिभाषित किया गया है। न्यूट्रॉन के लिए,$I$है $1⁄2$ $ħ$, तो न्यूट्रॉन की $g$-कारक, चिह्न $g$n, है $-3.826$, जबकि प्रोटॉन का जी-फैक्टर है $g$p=$5.586$. जाइरोमैग्नेटिक अनुपात, प्रतीक $γ$, एक कण या प्रणाली का उसके चुंबकीय क्षण का उसके स्पिन कोणीय गति का अनुपात है, या $$\boldsymbol{\mu} = \gamma \boldsymbol{I}.$$ न्यूक्लियंस के लिए, अनुपात पारंपरिक रूप से प्रोटॉन द्रव्यमान और आवेश के रूप में सूत्र द्वारा लिखा जाता है
 * $$\gamma = \frac{g \mu_\text{N}}{\hbar} = g \frac{e}{2m_\text{p}}.$$

न्यूट्रॉन का जाइरोमैग्नेटिक अनुपात है $γ$n = $-1.832 rad/(s⋅T)$. प्रोटॉन का जाइरोमैग्नेटिक अनुपात है $γ$p = $2.675$ rad⋅s−1⋅टेस्ला (इकाइयां)-1. जाइरोमैग्नेटिक रेशियो लारमोर प्रीसेशन (रेड/एस में) की देखी गई कोणीय आवृत्ति और परमाणु चुंबकीय अनुनाद अनुप्रयोगों में चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के बीच का अनुपात भी है। जैसे चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग में। इस कारण से, का मूल्य $γ$ अक्सर मेगाहर्ट्ज/टेस्ला (यूनिट) की इकाइयों में दिया जाता है। मात्राएँ $γ$n/(2$π$) = $-29.165 MHz/T$ और $γ$p/(2$π$) = $42.577$मेगाहर्ट्ज⋅टेस्ला (इकाई) -1, गामा बार कहा जाता है, इसलिए सुविधाजनक हैं।

लार्मर पुरस्सरण
जब एक न्यूक्लियॉन को बाहरी स्रोत द्वारा उत्पादित चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो यह क्षेत्र के समानांतर अपने चुंबकीय पल को उन्मुख करने के लिए एक टोक़ के अधीन होता है (न्यूट्रॉन के मामले में, इसका स्पिन क्षेत्र के समानांतर होता है)। किसी भी चुंबक की तरह, यह बल आघूर्ण चुंबकीय क्षण और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के उत्पाद के समानुपाती होता है। चूंकि न्यूक्लियंस में स्पिन कोणीय गति होती है, इसलिए यह टोक़ उन्हें एक अच्छी तरह से परिभाषित आवृत्ति के साथ अग्रगमन का कारण बनता है, जिसे लार्मर प्रीसेशन कहा जाता है। यह वह घटना है जो परमाणु चुंबकीय अनुनाद के माध्यम से परमाणु गुणों को मापने में सक्षम बनाती है। Larmor आवृत्ति चुंबकीय क्षेत्र की ताकत के साथ gyromagnetic अनुपात के उत्पाद से निर्धारित की जा सकती है। चूंकि न्यूट्रॉन के लिए γ का चिन्ह हैn ऋणात्मक है, न्यूट्रॉन का चक्रण कोणीय संवेग बाह्य चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के बारे में वामावर्त दिशा में आगे बढ़ता है।

प्रोटॉन परमाणु चुंबकीय अनुनाद
एनएमआर स्पेक्ट्रोस्कोपी | परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए प्रोटॉन के चुंबकीय क्षणों को नियोजित करने वाले परमाणु चुंबकीय अनुनाद का उपयोग किया जाता है। चूंकि हाइड्रोजन -1 परमाणु नाभिक कई पदार्थों के अणुओं के भीतर होता है, एनएमआर उन अणुओं की संरचना निर्धारित कर सकता है।

न्यूट्रॉन स्पिन का निर्धारण
न्यूट्रॉन के स्पिन को निर्धारित करने के लिए बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण की बातचीत का उपयोग किया गया था। 1949 में, डी. ह्यूजेस और एम. बर्गी ने फेरोमैग्नेटिक मिरर से परावर्तित न्यूट्रॉन को मापा और पाया कि प्रतिबिंबों का कोणीय वितरण स्पिन 1/2 के अनुरूप था। 1954 में, जे. शेरवुड, टी. स्टीफेंसन, और एस. बर्नस्टीन ने स्टर्न-गेरलाच प्रयोग में न्यूट्रॉन का इस्तेमाल किया, जिसने न्यूट्रॉन स्पिन अवस्थाओं को अलग करने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया। उन्होंने स्पिन-1/2 कण के अनुरूप दो ऐसे स्पिन राज्यों को रिकॉर्ड किया। इन मापों तक, इस संभावना से इंकार नहीं किया जा सकता था कि न्यूट्रॉन एक स्पिन-3/2 कण था।

भौतिक गुणों की जांच के लिए प्रयुक्त न्यूट्रॉन
चूँकि न्यूट्रॉन तटस्थ कण होते हैं, उन्हें कूलम्ब के नियम को पार करने की आवश्यकता नहीं होती है क्योंकि वे प्रोटॉन और अल्फा कणों के विपरीत आवेशित लक्ष्य तक पहुँचते हैं। न्यूट्रॉन पदार्थ में गहराई से प्रवेश कर सकते हैं। इसलिए न्यूट्रॉन के चुंबकीय आघूर्ण का उपयोग अप्रत्यास्थ न्यूट्रॉन बिखरने या न्यूट्रॉन विवर्तन तकनीकों का उपयोग करके पदार्थ के गुणों की जांच करने के लिए किया गया है। ये विधियाँ ऐसी जानकारी प्रदान करती हैं जो एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी की पूरक है। विशेष रूप से, न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण का उपयोग न्यूट्रॉन तापमान न्यूट्रॉन का उपयोग करके 1–100 एंगस्ट्रॉम|Å की लंबाई के पैमाने पर सामग्री के चुंबकीय गुणों को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। बर्ट्राम ब्रोकहाउस|बी. ब्रॉकहाउस और क्लिफोर्ड शल|सी. इन प्रकीर्णन तकनीकों को विकसित करने के लिए शल ने 1994 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार जीता।

चुंबकत्व द्वारा न्यूट्रॉन बीम का नियंत्रण
विद्युत आवेश के बिना, कण बीम को कण त्वरक के लिए नियोजित पारंपरिक विद्युत चुम्बकीय विधियों द्वारा नियंत्रित नहीं किया जा सकता है। न्यूट्रॉन का चुंबकीय क्षण चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके न्यूट्रॉन के कुछ नियंत्रण की अनुमति देता है, हालांकि, स्पिन ध्रुवीकरण न्यूट्रॉन बीम के गठन सहित। एक तकनीक इस तथ्य को नियोजित करती है कि छोटे चराई कोणों पर बिखरे होने पर ठंडे न्यूट्रॉन कुछ चुंबकीय सामग्रियों से बड़ी दक्षता से प्रतिबिंबित होंगे। प्रतिबिंब अधिमानतः विशेष स्पिन राज्यों का चयन करता है, इस प्रकार न्यूट्रॉन का ध्रुवीकरण करता है। न्यूट्रॉन सुपरमिरर और गाइड धीमी न्यूट्रॉन के बीम को नियंत्रित करने के लिए इस कुल आंतरिक प्रतिबिंब घटना का उपयोग करते हैं।

परमाणु चुंबकीय क्षण
चूंकि एक परमाणु नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन की एक बाध्य अवस्था होती है, इसलिए न्यूक्लियंस के चुंबकीय क्षण परमाणु चुंबकीय क्षण या संपूर्ण नाभिक के लिए चुंबकीय क्षण में योगदान करते हैं। परमाणु चुंबकीय क्षण में आवेशित प्रोटॉनों की कक्षीय गति से योगदान भी शामिल है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से मिलकर बने ड्यूटेरॉन में परमाणु चुंबकीय क्षण का सबसे सरल उदाहरण है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन चुंबकीय क्षणों का योग 0.879 µ देता हैN, जो मापे गए मान 0.857 µ के 3% के भीतर हैN. इस गणना में, न्यूक्लियंस के चक्रण संरेखित होते हैं, लेकिन न्यूट्रॉन के नकारात्मक चुंबकीय क्षण के कारण उनके चुंबकीय क्षण ऑफसेट हो जाते हैं।

नाभिकीय चुंबकीय आघूर्ण की प्रकृति
चुंबकीय क्षण # मॉडल द्वारा एक चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण उत्पन्न किया जा सकता है। एक तरीका विद्युत प्रवाह के एक छोटे लूप द्वारा होता है, जिसे एम्पीयरियन चुंबकीय द्विध्रुव कहा जाता है। एक अन्य तरीका विपरीत चुंबकीय आवेश के चुंबकीय मोनोपोल की एक जोड़ी है, जो किसी तरह से एक साथ बंधे होते हैं, जिसे गिल्बर्टियन चुंबकीय द्विध्रुव कहा जाता है। हालांकि प्राथमिक चुंबकीय मोनोपोल काल्पनिक और अप्राप्य रहते हैं। 1930 और 1940 के दशक के दौरान यह आसानी से स्पष्ट नहीं था कि इन दो तंत्रों में से कौन सा तंत्र नाभिकीय आंतरिक चुंबकीय क्षणों का कारण बना। 1930 में, एनरिको फर्मी ने दिखाया कि नाभिक (प्रोटॉन सहित) के चुंबकीय क्षण एम्पीयरियन हैं। चुंबकीय क्षेत्र में दो प्रकार के चुंबकीय क्षण विभिन्न बलों का अनुभव करते हैं। फर्मी के तर्कों के आधार पर, न्यूक्लियंस सहित प्राथमिक कणों के आंतरिक चुंबकीय क्षणों को एम्पीयरियन दिखाया गया है। तर्क बुनियादी विद्युत चुंबकत्व, प्राथमिक क्वांटम यांत्रिकी और परमाणु एस-राज्य ऊर्जा स्तरों की अतिसूक्ष्म संरचना पर आधारित हैं। न्यूट्रॉन के मामले में, 1951 में फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों से धीमे न्यूट्रॉन के बिखरने की प्रयोगशाला माप द्वारा सैद्धांतिक संभावनाओं का समाधान किया गया था।

विषम चुंबकीय क्षण और मेसन भौतिकी
1930 के दशक की शुरुआत में उनकी खोज के समय से लेकर 1960 के दशक में क्वार्क मॉडल के विकास तक 30 वर्षों के लिए न्यूक्लियंस के चुंबकीय क्षणों के लिए विषम मूल्यों ने एक सैद्धांतिक दुविधा प्रस्तुत की। इन चुंबकीय क्षणों की उत्पत्ति को समझने की कोशिश में काफी सैद्धांतिक प्रयास किए गए थे, लेकिन इन सिद्धांतों की विफलता स्पष्ट थी। अधिकांश सैद्धांतिक ध्यान इलेक्ट्रॉन के छोटे विषम चुंबकीय क्षण की व्याख्या करने वाले उल्लेखनीय रूप से सफल सिद्धांत के लिए एक परमाणु-बल तुल्यता विकसित करने पर था।

न्यूक्लियंस के चुंबकीय क्षणों की उत्पत्ति की समस्या को 1935 की शुरुआत में ही पहचान लिया गया था। जियान कार्लो विक|जी। सी. विक ने सुझाव दिया कि फर्मी के 1934 के बीटा क्षय के सिद्धांत के अनुसार चुंबकीय क्षण इन कणों के क्वांटम-मैकेनिकल उतार-चढ़ाव के कारण हो सकते हैं। इस सिद्धांत के अनुसार, बीटा क्षय के प्राकृतिक परिणाम के रूप में एक न्यूट्रॉन आंशिक रूप से, नियमित रूप से और संक्षेप में, एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन और एक न्यूट्रिनो में अलग हो जाता है। इस विचार से, न्यूट्रॉन का चुंबकीय क्षण इन क्वांटम-मैकेनिकल उतार-चढ़ाव के दौरान इलेक्ट्रॉन के बड़े चुंबकीय क्षण के क्षणभंगुर अस्तित्व के कारण होता है, आभासी इलेक्ट्रॉन की लंबाई से निर्धारित चुंबकीय क्षण का मूल्य था अस्तित्व में। हालांकि, सिद्धांत अस्थिर साबित हुआ, जब हंस बेथे|एच. बेथे और आर. बाकर ने दिखाया कि यह चुंबकीय क्षण के लिए मूल्यों की भविष्यवाणी करता है जो या तो बहुत छोटा था या बहुत बड़ा था, जो सट्टा मान्यताओं पर निर्भर करता था। इलेक्ट्रॉन के लिए इसी तरह के विचार अधिक सफल साबित हुए। क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (QED) में, एक कण का विषम चुंबकीय क्षण क्वांटम यांत्रिक उतार-चढ़ाव के छोटे योगदान से उस कण के चुंबकीय क्षण में उत्पन्न होता है। डायराक चुंबकीय क्षण के लिए जी-कारक होने का अनुमान है g = −2 ऋणावेशित, स्पिन-1/2 कण के लिए। इलेक्ट्रॉन जैसे कणों के लिए, यह शास्त्रीय परिणाम देखे गए मान से लगभग 0.1% भिन्न होता है; शास्त्रीय मूल्य की तुलना में अंतर विषम चुंबकीय क्षण है। इलेक्ट्रॉन के लिए जी-कारक मापा जाता है QED फोटोन द्वारा विद्युत चुम्बकीय बल की मध्यस्थता का सिद्धांत है। भौतिक चित्र यह है कि इलेक्ट्रॉन का प्रभावी चुंबकीय क्षण नंगे इलेक्ट्रॉन के योगदान से उत्पन्न होता है, जो कि डायराक कण है, और आभासी, अल्पकालिक इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन जोड़े और फोटॉन के बादल जो इस कण को ​​​​परिणामस्वरूप घेरते हैं QED। इन क्वांटम यांत्रिक उतार-चढ़ाव के प्रभावों की गणना सैद्धांतिक रूप से फेनमैन आरेखों के साथ लूप के साथ की जा सकती है।

क्यूईडी में प्रथम-क्रम और सबसे बड़े सुधार के अनुरूप इलेक्ट्रॉन के विषम चुंबकीय क्षण में एक-लूप योगदान, दाईं ओर आरेख में दिखाए गए वर्टेक्स फ़ंक्शन की गणना करके पाया जाता है। गणना की खोज जूलियन श्विंगर|जे. 1948 में श्विंगर। चौथे क्रम पर गणना की गई, इलेक्ट्रॉन के विषम चुंबकीय क्षण के लिए QED भविष्यवाणी 10 से अधिक महत्वपूर्ण आंकड़ों के प्रायोगिक रूप से मापे गए मान से सहमत है, जिससे इलेक्ट्रॉन का चुंबकीय क्षण भौतिकी के इतिहास में सबसे सटीक सत्यापित भविष्यवाणियों में से एक है।

इलेक्ट्रॉन की तुलना में, न्यूक्लियंस के विषम चुंबकीय क्षण बहुत अधिक होते हैं। प्रोटॉन के लिए जी-कारक 5.6 है, और चार्जलेस न्यूट्रॉन, जिसका कोई चुंबकीय क्षण बिल्कुल नहीं होना चाहिए, का जी-कारक -3.8 है। हालाँकि, ध्यान दें कि न्यूक्लियंस के विषम चुंबकीय क्षण, यानी उनके चुंबकीय क्षण अपेक्षित डायराक कण चुंबकीय क्षणों के साथ घटाए गए, मोटे तौर पर बराबर लेकिन विपरीत संकेत के होते हैं: μp − $1 μ_{N}$ = +$1.79 μ_{N}$, लेकिन μn − $0.00 μ_{N}$ = $-1.91 μ_{N}$. 1930 के दशक के मध्य में न्यूक्लियंस के लिए युकावा इंटेला सी जमीन का तापमान की खोज की गई थी, और इस परमाणु बल की मध्यस्थता pion mesons द्वारा की जाती है। इलेक्ट्रॉन के सिद्धांत के समानांतर, परिकल्पना यह थी कि न्यूक्लियॉन्स और पियोन से जुड़े उच्च-क्रम के लूप न्यूक्लियंस के विषम चुंबकीय क्षणों को उत्पन्न कर सकते हैं। भौतिक चित्र यह था कि न्यूट्रॉन का प्रभावी चुंबकीय क्षण नंगे न्यूट्रॉन के संयुक्त योगदान से उत्पन्न हुआ, जो शून्य है, और परमाणु और विद्युत चुम्बकीय बलों के परिणामस्वरूप इस कण को ​​​​घेरने वाले आभासी पियॉन और फोटॉन के बादल। दाईं ओर फेनमैन आरेख मोटे तौर पर पहले क्रम का आरेख है, जिसमें चपरासी द्वारा निभाई गई आभासी कणों की भूमिका होती है। जैसा कि अब्राहम पेस द्वारा नोट किया गया है|ए. पैस, 1948 के अंत और 1949 के मध्य के बीच कम से कम छह पेपर न्यूक्लियॉन क्षणों के दूसरे क्रम की गणना पर रिपोर्टिंग करते दिखाई दिए। ये सिद्धांत भी, जैसा कि पेस ने उल्लेख किया है, एक फ्लॉप थे – उन्होंने ऐसे परिणाम दिए जो अवलोकन से पूरी तरह असहमत थे। फिर भी, थोड़े से सफलता के लिए, अगले कुछ दशकों तक इस दिशा में गंभीर प्रयास जारी रहे।  ये सैद्धांतिक दृष्टिकोण गलत थे क्योंकि न्यूक्लियॉन मिश्रित कण हैं जिनके चुंबकीय क्षण उनके प्राथमिक घटकों, क्वार्क से उत्पन्न होते हैं।

न्यूक्लिऑन चुंबकीय आघूर्ण का क्वार्क मॉडल
हैड्रोन के क्वार्क मॉडल में, न्यूट्रॉन एक अप क्वार्क (चार्ज +2/3 e) और दो डाउन क्वार्क (चार्ज -1/3 e) से बना होता है, जबकि प्रोटॉन एक डाउन क्वार्क (चार्ज -1/3) से बना होता है e) और दो अप क्वार्क (चार्ज +2/3 e)। न्यूक्लियंस के चुंबकीय क्षण को घटक क्वार्क के चुंबकीय क्षणों के योग के रूप में तैयार किया जा सकता है, हालांकि यह सरल मॉडल कण भौतिकी के मानक मॉडल की जटिलताओं को झुठलाता है। गणना मानती है कि क्वार्क बिंदु-समान डायराक कणों की तरह व्यवहार करते हैं, प्रत्येक का अपना चुंबकीय क्षण होता है, जैसा कि परमाणु मैग्नेटन के लिए उपरोक्त के समान अभिव्यक्ति का उपयोग करके गणना की जाती है: $$\mu_\text{q} = \frac{e_\text{q} \hbar}{2 m_\text{q}},$$ जहाँ q-सबस्क्रिप्टेड चर क्वार्क चुंबकीय क्षण, आवेश या द्रव्यमान को संदर्भित करते हैं। सरलता से, एक न्यूक्लियॉन के चुंबकीय क्षण को तीन क्वार्क चुंबकीय क्षणों के सदिश योग के परिणामस्वरूप देखा जा सकता है, साथ ही इसके भीतर तीन आवेशित क्वार्कों के संचलन के कारण कक्षीय चुंबकीय क्षण भी देखे जा सकते हैं।

मानक मॉडल (SU(6) सिद्धांत) की शुरुआती सफलताओं में से एक में, 1964 में एम. बेग, बेंजामिन डब्ल्यू. ली|बी. ली, और ए. पैस ने सैद्धांतिक रूप से प्रोटॉन-टू-न्यूट्रॉन चुंबकीय क्षणों के अनुपात की गणना -3/2 की, जो 3% के भीतर प्रायोगिक मान से सहमत है।  इस अनुपात के लिए मापा मूल्य है $-1.46$. पाउली बहिष्करण सिद्धांत के साथ इस गणना के क्वांटम यांत्रिक आधार के विरोधाभास ने ऑस्कर डब्ल्यू ग्रीनबर्ग|ओ द्वारा क्वार्क के लिए रंग आवेश की खोज की। 1964 में ग्रीनबर्ग।

तीन क्वार्क से बने बेरोन के लिए विशेष सापेक्षता क्वांटम-मैकेनिकल तरंग क्रिया से, एक सीधी गणना न्यूट्रॉन, प्रोटॉन और अन्य बेरोन के चुंबकीय क्षणों के लिए काफी सटीक अनुमान देती है। न्यूट्रॉन के लिए चुंबकीय क्षण किसके द्वारा दिया जाता है μn = 4/3 μd − 1/3 μu, जहां μd और μu क्रमशः डाउन और अप क्वार्क के चुंबकीय क्षण हैं। यह परिणाम क्वार्क के आंतरिक चुंबकीय क्षणों को उनके कक्षीय चुंबकीय क्षणों के साथ जोड़ता है और मानता है कि तीन क्वार्क एक विशेष, प्रभावी क्वांटम अवस्था में हैं।

इस गणना के परिणाम उत्साहजनक हैं, लेकिन अप या डाउन क्वार्क के द्रव्यमान को एक न्यूक्लियॉन के द्रव्यमान का 1/3 माना गया। क्वार्क का द्रव्यमान वास्तव में एक न्यूक्लियॉन का लगभग 1% है। विसंगति न्यूक्लियंस के लिए मानक मॉडल की जटिलता से उत्पन्न होती है, जहां उनका अधिकांश द्रव्यमान ग्लूऑन क्षेत्रों, आभासी कणों और उनसे जुड़ी ऊर्जा से उत्पन्न होता है जो कि मजबूत बल के आवश्यक पहलू हैं। इसके अलावा, क्वार्क और ग्लून्स की जटिल प्रणाली जो एक न्यूक्लियॉन का निर्माण करती है, एक सापेक्षवादी उपचार की आवश्यकता होती है। महत्वपूर्ण कंप्यूटिंग संसाधनों की आवश्यकता के लिए, पहले सिद्धांतों से न्यूक्लियॉन चुंबकीय क्षणों की सफलतापूर्वक गणना की गई है।

यह भी देखें

 * न्यूट्रॉन ट्रिपल-एक्सिस स्पेक्ट्रोमेट्री
 * लार्मर न्यूट्रॉन माइक्रोस्कोप
 * न्यूट्रॉन विद्युत द्विध्रुवीय क्षण
 * अहरोनोव - कैशर प्रभाव

ग्रन्थसूची

 * S. W. Lovesey (1986). Theory of Neutron Scattering from Condensed Matter. Oxford University Press. ISBN 0198520298.
 * Donald H. Perkins (1982). Introduction to High Energy Physics. Reading, Massachusetts: Addison Wesley, ISBN 0-201-05757-3.
 * John S. Rigden (1987). Rabi, Scientist and Citizen. New York: Basic Books, Inc., ISBN 0-465-06792-1.
 * Sergei Vonsovsky (1975). Magnetism of Elementary Particles. Moscow: Mir Publishers.