न्यूक्लियॉन चुंबकीय क्षण

न्यूक्लियॉन चुंबकीय क्षण, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के आंतरिक चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण होते हैं, जिनके प्रतीक क्रमशः μp और μn है। परमाणुओं के परमाणु नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन नामक दो न्यूक्लियॉन होते हैं जो सूक्ष्म चुंबक के रूप में व्यवहार करते हैं। उनकी चुंबकीय क्षमता को उनके चुंबकीय क्षणों से मापा जाता है। न्यूक्लियंस सामान्य पदार्थ के साथ या तो परमाणु बल या उनके चुंबकीय क्षणों के माध्यम से अंतःक्रिया करते हैं। ये आवेशित प्रोटॉन के साथ कूलम्ब बल द्वारा परस्पर क्रिया करते हैं।

प्रोटॉन के चुंबकीय क्षण को पहली बार 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। प्रकीर्णन का उपयोग करके सामग्री की परमाणु संरचना की जांच करने और कण त्वरक में न्यूट्रॉन किरणों के गुणों को क्रमभंग करने के लिए न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण का उपयोग किया जाता है।

न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण का अस्तित्व और प्रोटॉन चुंबकीय क्षण के बड़े माप यह संकेत करतें है कि न्यूक्लियॉन प्राथमिक कण नहीं हैं। प्राथमिक कण मे आंतरिक चुंबकीय क्षण होने के लिए, इसमें स्पिन) और विद्युत आवेश दोनों होने चाहिए। न्यूक्लियॉन का स्पिन-1/2 ħ होता है, परंतु न्यूट्रॉन का कोई शुद्ध आवेश नहीं होता है। 1960 के दशक में हैड्रान कणों के लिए क्वार्क प्रारूप विकसित होने तक उनके चुंबकीय क्षण आश्चर्यचकित कर देने वाले थे और किसी वैध व्याख्या को चुनौती देते थे। न्यूक्लियॉन तीन क्वार्क से बने होते हैं, और इन प्राथमिक कणों के चुंबकीय क्षण मिलकर न्यूक्लियॉन को उनका चुंबकीय क्षण देते हैं।

विवरण
विज्ञान और प्रौद्योगिकी के लिए डेटा संबंधी समिति ने प्रोटॉन के चुंबकीय क्षण के लिए अनुशंसित मान μp = 2.79284734463(82) μN = 1.52103220230(46)×10−3 μB है। न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण के मान के लिए सर्वोत्तम उपलब्ध माप μn = −1.91304273(45) μN है। यहाँ, $μ$N परमाणु चुंबकत्व, परमाणु घटकों के चुंबकीय क्षणों के सापेक्ष भौतिक स्थिरांक और मानक इकाई है। एसआई इकाइयों में, ये मान μp = 1.41060679736(60)×10−26 J⋅T−1 तथा μn = −9.6623651(23)×10−27 J⋅T−1 हैं। चुंबकीय क्षण एक सदिश मात्रा है, और न्यूक्लियॉन के चुंबकीय क्षण की दिशा इसके स्पिन द्वारा निर्धारित की जाती है।  न्यूट्रॉन पर घूर्णन बल जो बाहरी चुंबकीय क्षेत्र से उत्पन्न होता है, न्यूट्रॉन के स्पिन को चुंबकीय क्षेत्र  के विपरीत संरेखित करने की दिशा में होता है। नाभिकीय चुंबकत्व डायराक समीकरण का स्पिन चुंबकीय क्षण है जिस्म आवेशित स्पिन-1/2 प्राथमिक कण, एक प्रोटॉन के द्रव्यमान $m$p के साथ विषम चुंबकीय द्विध्रुव आघूर्ण की उपेक्षा की जाती है। नाभिकीय मैग्नेटॉन $$\mu_\text{N} = \frac{e \hbar}{2 m_\text{p}},$$है। जहाँ $e$ प्राथमिक आवेश है, और $ħ$ घटी हुई प्लैंक स्थिरांक है। ऐसे कणों 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 के चिन्ह के समान होता है। इसी प्रकार प्रोटोन का चुम्बकीय क्षण μp ≈ 2.793 μN लगभग 1$μ$N के समान न होना यह इंगित करता है कि यह भी एक प्रारंभिक कण नहीं है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन क्वार्क प्रारूप 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, परंतु चुंबकीय अन्तःक्रिया परमाणु अन्तःक्रिया से कई स्तर पर शक्तिहीन हैं। न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण का प्रभाव इसलिए केवल कम ऊर्जा, या मंद न्यूट्रॉन के लिए आभासी है। क्योंकि चुंबकीय क्षण का मान कण द्रव्यमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है, परमाणु चुंबकत्व, बोह्र चुंबकत्व से लगभग 1/2000 बड़ा होता है। इसलिए इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षण न्यूक्लियॉन की तुलना में लगभग 1000 गुना बड़ा होता है।

प्रतिप्रोटॉन और प्रतिन्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षणों का परिमाण उनके प्रतिकणों, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के समान होता है, परंतु इनके चिह्न विपरीत होतें हैं।

प्रोटॉन
प्रोटॉन के असामान्य रूप से बड़े चुंबकीय क्षण की खोज 1933 में हैम्बर्ग विश्वविद्यालय में ओ स्टर्न द्वारा की गई थी।। प्रोटॉन के चुंबकीय क्षण को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा आणविक हाइड्रोजन किरण 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 साक्ष्यों ने सुझाव दिया कि न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण का मान गैर-शून्य था, यद्यपि, 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 द्वारा एन आर्बर के मिशिगन विश्वविद्यालय (1933) तथा आई वाई. टैम और एस. ए अल्टशुलर द्वारा सोवियत संघ (1934) में परमाणु वर्णक्रम की अतिसूक्ष्म संरचना के अध्ययन से निर्धारित किए गए थे। यद्यपि टैम और अल्टशुलर के अनुमान में परिमाण का सही संकेत और क्रम ($μ$n = $-0.5 μ_{N}$) था, परिणाम संदेह के साथ प्राप्त हुए थे।

1934 तक स्टर्न के नेतृत्व वाला समूह, जो अब पिट्सबर्ग में प्रौद्योगिकी के कार्नेगी संस्थान में हैं, और 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 मध्य कोरे समझौतों में थे, परंतु रबी समूह ने पहले के स्टर्न मापों की पुष्टि की कि प्रोटॉन के लिए चुंबकीय क्षण अप्रत्याशित रूप से बड़े थे। चूंकि ड्यूटेरॉन एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन से बना होता है, जो संरेखित स्पिन के सापेक्ष उपस्थित होता है, न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण को ड्यूटेरॉन और प्रोटॉन के चुंबकीय क्षणों से घटाकर अनुमान लगाया जा सकता है। परिणामी मान शून्य नहीं था और इसका चिन्ह प्रोटॉन के चिन्ह के विपरीत 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 निगमित किया गया था।

न्यूट्रॉन के चुंबकीय आघूर्ण का मान सबसे पहले लुइस वाल्टर अल्वारेज़ और फ़ेलिक्स बलोच के द्वारा 1940 में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में मापा गया था। रबी, अल्वारेज़ और बलोच द्वारा विकसित चुंबकीय अनुनाद विधियों के विस्तार का उपयोग करके न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण $μ$n = $-1.93 μ_{N}$ को निर्धारित किया गया। मुक्त न्यूट्रॉन, या नाभिक से मुक्त भिन्न-भिन्न न्यूट्रॉन के चुंबकीय क्षण को मापकर, अल्वारेज़ और बलोच ने न्यूट्रॉन के इस विषम गुण के बारे में सभी संदेहों और अस्पष्टताओं का 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 प्रारूप विकसित होने तक न्यूक्लियंस के चुंबकीय क्षणों के लिए अप्रत्याशित मान एक पहेली बने रहे।

रबी के मापन के शोधन और विकास ने 1939 में इस खोज को जन्म दिया कि ड्यूटेरॉन में भी एक विद्युतीय चतुष्कोणिक क्षण होता है। ड्यूटेरॉन का यह वैद्युत गुण रबी समूह द्वारा मापन में हस्तक्षेप कर रहा था। खोज का तात्पर्य 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 के अभिलेखन के अनुनाद विधि के लिए नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

न्यूक्लियॉन घूर्णचुम्बकीय अनुपात
किसी न्यूक्लिऑन का चुंबकीय आघूर्ण कभी-कभी इसके g-कारक के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है। $g$ न्यूट्रॉन या प्रोटॉन जैसे मिश्रित कणों के कारको को निम्नलिखित समीकरण परिभाषित करते है $$\boldsymbol{\mu} = \frac{g \mu_\text{N}}{\hbar} \boldsymbol{I},$$ जहाँ $μ$,आंतरिक चुंबकीय क्षण है, $I$ स्पिन कोणीय गति है, और $g$, प्रभावी $g$-कारक है। जब $g$-कारक अदिश है, समग्र कणों के लिए यह परमाणु चुंबकत्व की प्राकृतिक इकाई के सापेक्ष परिभाषित किया गया है। न्यूट्रॉन के लिए, $I$ = $1⁄2$ $ħ$ सत्य है, इसलिए न्यूट्रॉन के $g$-कारक जिसे $g$n, चिह्न द्वारा संदर्भित किया जाता  है, $-3.826$ के बराबर है जबकि प्रोटॉन का जी-कारक $g$p=$5.586$ है.

घूर्णचुम्बकीय अनुपात, प्रतीक $γ$, एक कण या प्रणाली का उसके चुंबकीय क्षण के सापेक् 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 निम्नलिखित सूत्र द्वारा संदर्भित किया जाता है।
 * $$\gamma = \frac{g \mu_\text{N}}{\hbar} = g \frac{e}{2m_\text{p}}.$$

न्यूट्रॉन का घूर्णचुम्बकीय अनुपात $γ$n = $-1.832 rad/(s⋅T)$ है।. प्रोटॉन का घूर्णचुम्बकीय अनुपात γp = 2.675222005(63)×108 rad⋅s−1⋅T−1 है। घूर्णचुम्बकीय अनुपात लारमोर अग्रगमन ( rad/s में ) की उपस्थित कोणीय आवृत्ति और परमाणु चुंबकीय अनुनाद अनुप्रयोगों में चुंबकीय क्षेत्र के बल के मध्य का अनुपात भी है। जैसे चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग में। इस कारण से,$γ$ का मूल्य प्रायः मेगाहर्ट्ज/टेस्ला की इकाइयों में प्रस्तुत किया जाता है। मात्रा γn/(2π) = -29.1646931(69) MHz/T और γp/(2π) = 42.5774806(10) MHz⋅T−1 जिसे "गामा बार" कहा जाता है, इसलिए सुविधाजनक हैं।

लार्मर का अग्रगमन
जब एक न्यूक्लियॉन को बाहरी स्रोत द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है,यह चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर अपने चुंबकीय क्षण को उन्मुख करने के लिए घूर्णन बल के अधीन होता है जबकि न्यूट्रॉन के संदर्भ में, इसका स्पिन, चुंबकीय क्षेत्र के प्रतिसमानांतर होता है। किसी भी चुंबक की तरह, यह बल आघूर्ण चुंबकीय क्षण और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के बल के उत्पाद के समानुपाती होता है। चूंकि न्यूक्लियंस में स्पिन कोणीय गति होती है, इसलिए यह घूर्णन बल उन्हें एक उपयुक्त परिभाषित आवृत्ति के साथ आगे बढ़ने के लिए प्रेरित करता है, जिसे लार्मर आवृत्ति कहा जाता है। यह वह घटना है जो परमाणु चुंबकीय अनुनाद के माध्यम से परमाणु गुणों को मापने में सक्षम बनाती है। लार्मर आवृत्ति को चुंबकीय क्षेत्र की क्षमता के साथ घूर्णचुम्बकीय अनुपात के उत्पाद से निर्धारित किया जा सकता है। चूंकि न्यूट्रॉन के लिए γn का चिन्ह ऋणात्मक है, न्यूट्रॉन का स्पिन कोणीय संवेग बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की दिशा के बारे में वामावर्त दिशा में आगे बढ़ता है।

प्रोटॉन 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 के संपर्क का उपयोग किया गया था। 1949 में, डी. ह्यूजेस और एम. बर्गी ने लोहचुंबकीय दर्पण 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 उपयोग किया, जिसमें न्यूट्रॉन स्पिन अवस्थाओं को भिन्न करने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग किया गया था। उन्होंने स्पिन-1/2 कण के अनुरूप दो स्पिन स्थितियों को अभिलेखबद्ध किया। इन मापों तक, इस संभावना से इंकार नहीं किया जा सकता था कि न्यूट्रॉन, स्पिन-3/2 कण था।

भौतिक गुणों की जांच के लिए प्रयुक्त न्यूट्रॉन
चूँकि न्यूट्रॉन तटस्थ कण होते हैं, इसलिए जब वे आवेशित लक्ष्य तक पहुँचते हैं, तो उन्हें कूलम्ब प्रतिकर्षण को दूर करने की आवश्यकता नहीं होती है,। न्यूट्रॉन पदार्थ में गहराई से प्रवेश कर सकते हैं। इसलिए न्यूट्रॉन के चुंबकीय आघूर्ण का उपयोग अप्रत्यास्थ न्यूट्रॉन विकिरण 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 करके 1–100 एंगस्ट्रॉम तक की लंबाई के पैमाने पर वस्तुओ के चुंबकीय गुणों को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। बर्ट्राम ब्रोकहाउस और क्लिफोर्ड शलसी को इन प्रकीर्णन तकनीकों को विकसित करने के लिए 1994 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार दिया गया था।

चुंबकत्व द्वारा न्यूट्रॉन किरणों का नियंत्रण
विद्युत आवेश के बिना, कण किरण 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 नियंत्रण की अनुमति देता है। एक तकनीक इस तथ्य को नियोजित करती है कि छोटे स्पर्शी कोणों पर बिखरे होने पर ठंडे न्यूट्रॉन कुछ चुंबकीय सामग्रियों से अत्यधिक दक्षता से प्रतिबिंबित होंगे। प्रतिबिंब अधिमानतः विशेष स्पिन स्थितियों का चयन करता है और इस प्रकार न्यूट्रॉन का ध्रुवीकरण करता है। न्यूट्रॉन चुंबकीय दर्पण और गाइड मंद न्यूट्रॉन किरणों को नियंत्रित करने के लिए इस कुल आंतरिक प्रतिबिंब घटना का उपयोग करते हैं।

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

नाभिकीय चुंबकीय आघूर्ण की प्रकृति
चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण, दो संभावित तंत्रों द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है। पहली विधि विद्युत प्रवाह के एक छोटे कुंडली द्वारा संचालित होती है, जिसे एम्पीयरियन चुंबकीय द्विध्रुव कहा जाता है। एक अन्य विधि विपरीत चुंबकीय आवेश के चुंबकीय एकलध्रुव की जोड़ी है, जो किसी तरह से एक साथ बंधे होते हैं, जिसे गिल्बर्टियन चुंबकीय द्विध्रुव कहा जाता है। यद्यपि प्राथमिक चुंबकीय एकलध्रुव काल्पनिक और अप्राप्य रहते हैं। 1930 और 1940 के दशक के समय यह सरलता 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 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। यह तर्क बुनियादी विद्युत चुंबकत्व, प्राथमिक क्वांटम यांत्रिकी और परमाणु एस-स्थिति ऊर्जा स्तरों की अतिसूक्ष्म संरचना पर आधारित हैं। न्यूट्रॉन के विषय में, 1951 में लौहचुम्बकीय सामग्रियों से मंद न्यूट्रॉन के विकिरण की प्रयोगशाला माप द्वारा सैद्धांतिक संभावनाओं का समाधान किया गया था।

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

न्यूक्लियंस के चुंबकीय क्षणों की उत्पत्ति की समस्या को 1935 के प्रारंभ में ही पहचान लिया गया था। जियान कार्लो विक ने सुझाव दिया कि फर्मी के 1934 के बीटा क्षय के सिद्धांत के अनुसार चुंबकीय क्षण इन कणों के क्वांटम-यांत्रिकी अस्थिरता के कारण हो सकते हैं। इस सिद्धांत के अनुसार, बीटा क्षय के प्राकृतिक परिणाम के रूप में, न्यूट्रॉन आंशिक रूप से, नियमित और संक्षेप रूप में, प्रोटॉन, इलेक्ट्रॉन और न्यूट्रिनो में भिन्न हो जाता है। इस तरह से, न्यूट्रॉन का चुंबकीय क्षण इन क्वांटम-यांत्रिकी अस्थिरता के समय इलेक्ट्रॉन के बड़े चुंबकीय क्षण के क्षणभंगुर अस्तित्व के कारण होता है। यद्यपि, सिद्धांत अस्थिर सिद्ध हुआ, जब एच. बेथे और आर. बाकर ने दिखाया कि यह चुंबकीय क्षण के लिए उन मानों का पूर्वाकलन करता है जो या तो बहुत छोटा थे या बहुत बड़े थे, जो प्रत्याशित अनुमानों पर निर्भर करते थे।

इलेक्ट्रॉन के लिए इसी तरह के विचार अधिक सफल सिद्ध हुए। क्वांटम विद्युत्गतिकी (क्यूईडी) में, किसी कण का विषम चुंबकीय क्षण, क्वांटम यांत्रिक अस्थिरता के छोटे योगदान से उस कण के चुंबकीय क्षण में उत्पन्न होता है। डायराक चुंबकीय क्षण, ऋणावेशित, स्पिन-1/2 कण के लिए जी-कारक, g = −2 होने का अनुमान है। इलेक्ट्रॉन जैसे कणों के लिए, यह पारंपरिक परिणाम देखे गए मान से लगभग 0.1% भिन्न होता है; पारंपरिक मानों की तुलना में अंतर विषम चुंबकीय क्षण होता है। इलेक्ट्रॉन के लिए जी-कारक मापा जाता है। क्यूईडी 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 जोड़ों और फोटॉनों के बादल,  जो क्यूईडी के परिणामस्वरूप इस कण को ​​घेरते हैं। इन क्वांटम यांत्रिक अस्थिरता के प्रभावों की गणना सैद्धांतिक रूप से फेनमैन आरेखों के सापेक्ष कुंडली के साथ की जा सकती है।

क्यूईडी में प्रथम-क्रम और सबसे बड़े सुधार के अनुरूप इलेक्ट्रॉन के विषम चुंबकीय क्षण में एक-कुंडली योगदान, दाईं ओर आरेख में दिखाए गए वर्टेक्स फलन की गणना करके प्राप्त किया जाता है। गणना की खोज जूलियन श्विंगर ने 1948 में की थी। चौथे क्रम पर गणना की गई, इलेक्ट्रॉन के विषम चुंबकीय क्षण के लिए क्यूईडी पूर्वाकलन 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 पूर्वाकलनों 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 आवेश रहित न्यूट्रॉन, जिसका कोई चुंबकीय क्षण नहीं होना चाहिए, का जी-कारक -3.8 है। यद्यपि, ध्यातव्य है कि न्यूक्लियंस के विषम चुंबकीय क्षण, अर्थात उनके चुंबकीय क्षण अपेक्षित डायराक कण चुंबकीय क्षणों के साथ घटाए गए, सामान्यतः समान परंतु विपरीत चिन्ह के होते हैं: μp − $1 μ_{N}$ = +$1.79 μ_{N}$, परंतु μn − $0.00 μ_{N}$ = $-1.91 μ_{N}$.

1930 के दशक के मध्य में न्यूक्लियंस के लिए युकावा अंतःक्रिया की खोज की गई थी, और इस परमाणु बल की मध्यस्थता पियोन मेसॉनस द्वारा की जाती है। इलेक्ट्रॉन के सिद्धांत के समानांतर, परिकल्पना यह थी कि न्यूक्लियॉन्स और पियोन से जुड़े उच्च-क्रम की कुंडली 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 कि शून्य है, और परमाणु और विद्युत चुम्बकीय बलों के परिणामस्वरूप इस कण को ​​घेरने वाले "आभासी" पीऑन और फोटॉन के बादल भी इनमे अपना योगदान देते है। दाईं ओर फेनमैन आरेख सामान्यतः पहले क्रम का आरेख है, जिसमें पीऑन द्वारा निभाई गई आभासी कणों की भूमिका होती है। जैसा कि अब्राहम पेस द्वारा लेखबद्ध किया गया है, 1948 के अंत और 1949 के मध्य मे कम से कम छह पत्र न्यूक्लियॉन क्षणों के दूसरे क्रम की गणना पर सम्प्रेषण करते दिखाई दिए। ये सिद्धांत भी, जैसा कि पेस ने उल्लेख किया है, पूर्णतः असफल थे। उन्होंने ऐसे परिणाम दिए जो अवलोकन से पूरी तरह असहमत थे। फिर भी, अतिसूक्ष्म 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 अर्थात क्वार्क से उत्पन्न होते हैं।

न्यूक्लिऑन चुंबकीय आघूर्ण का क्वार्क प्रारूप
हैड्रोन के क्वार्क प्रारूप में, न्यूट्रॉन एक उच्च क्वार्क (चार्ज +2/3 e) और दो निम्न क्वार्क (चार्ज -1/3 e) से निर्मित होता है, जबकि प्रोटॉन एक निम्न क्वार्क (चार्ज -1/3e) और दो उच्च क्वार्क (चार्ज +2/3 e) से निर्मित होता है । न्यूक्लियंस के चुंबकीय क्षण को घटक क्वार्क के चुंबकीय क्षणों के योग के रूप में तैयार किया जा सकता है, यद्यपि यह सरल प्रारूप कण भौतिकी के मानक प्रारूप 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 चुम्बकत्व  की गणना निम्नलिखित अभिव्यक्ति का उपयोग करके की जाती है: $$\mu_\text{q} = \frac{e_\text{q} \hbar}{2 m_\text{q}},$$ जहाँ q चर क्वार्क चुंबकीय क्षण, आवेश या द्रव्यमान को संदर्भित करते हैं। सरलता से बात करें तों 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 प्रारूप (एसयू (6) सिद्धांत) के प्रारंभी सफलताओं में से एक में, 1964 में एम. बेग, बी. ली और ए. पैस ने सैद्धांतिक रूप से प्रोटॉन-से-न्यूट्रॉन चुंबकीय क्षणों के अनुपात की गणना की -3/2, जो प्रायोगिक मूल्य से 3% के भीतर स्थित है।  इस अनुपात के लिए मापित मान $-1.46$ है. पाउली बहिष्करण सिद्धांत के साथ इस गणना के क्वांटम यांत्रिक आधार के विरोधाभास ने 1964 में ओ. ग्रीनबर्ग द्वारा क्वार्क के लिए रंग आवेश की खोज की दिशा मे अग्रसर किया।।

तीन क्वार्क से बने बेरोन के लिए विशेष सापेक्षता क्वांटम-यांत्रिकी 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 μn = 4/3 μd − 1/3 μu द्वारा दिया जाता है, जहां μd और μu क्रमशः निम्न और उच्च 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, परंतु उच्च या निम्न क्वार्क के द्रव्यमान को एक न्यूक्लियॉन के द्रव्यमान का 1/3 माना गया। क्वार्क का द्रव्यमान वास्तव में एक न्यूक्लियॉन का लगभग 1% है। विसंगत न्यूक्लियंस के लिए मानक प्रारूप की जटिलता से उत्पन्न होती है, जहां उनका अधिकांश द्रव्यमान ग्लूऑन क्षेत्रों, आभासी कणों और उनसे जुड़ी ऊर्जा से उत्पन्न होता है जो कि शक्तिशाली बल के आवश्यक पहलू हैं। इसके अतिरिक्त, क्वार्क और ग्लून्स की जटिल प्रणाली जो एक न्यूक्लियॉन का निर्माण करती है को 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.