Landé-Faktor

Der Landé-Faktor ${\displaystyle g}$ (nach Alfred Landé) (auch gyromagnetischer Faktor, kurz: g-Faktor) ist für ein Atom, einen Atomkern oder ein Elementarteilchen der Quotient aus der Größe des gemessenen magnetischen Moments und der Größe des magnetischen Moments, das bei dem vorliegenden Drehimpuls nach der klassischen Physik theoretisch zu erwarten wäre. Mit dem Vorzeichen wird angezeigt, ob das magnetische Moment zur erwarteten Richtung parallel oder antiparallel liegt. Hierbei ist die Konvention allerdings nicht ganz eindeutig, so dass derselbe g-Faktor in der Literatur mit unterschiedlichen Vorzeichen zu finden ist.

Als klassischer Vergleichswert wird das magnetische Moment für ein System berechnet, das die gleiche Masse, die gleiche elektrische Ladung und den gleichen Drehimpuls besitzt. Bei reinem Bahndrehimpuls herrscht Übereinstimmung, daher ist ${\displaystyle g_{\ell }=1}$ (der Index ${\displaystyle \ell }$ ist das Symbol für den Bahndrehimpuls). Abweichende Fälle ${\displaystyle g\neq 1}$ erklären sich, wenn der Gesamtdrehimpuls ganz oder teilweise vom Spin herrührt.

Liegt reiner Spindrehimpuls vor, heißt der g-Faktor ${\displaystyle g_{s}}$ auch Spin-g-Faktor oder anomaler g-Faktor des Spins und hat für jede Teilchenart einen feststehenden charakteristischen Wert. Beispielsweise ist für das Elektron ${\displaystyle g_{s}\approx 2}$, für das Proton ${\displaystyle g_{s}\approx 5{,}6}$, für das Neutron ${\displaystyle g_{s}\approx -3{,}8}$.

Wenn der Gesamtdrehimpuls des Systems im betrachteten Zustand aus beiden Arten Drehimpuls zusammengesetzt ist, ist der g-Faktor eine Kombination aus ${\displaystyle g_{s}}$ und ${\displaystyle g_{\ell }}$ nach der Landé-Formel (s. u.).

Befindet sich das System in einem Magnetfeld, präzedieren die Vektoren ${\displaystyle {\vec {J}}}$ (Gesamtdrehimpuls) und ${\displaystyle {\vec {\mu }}}$ (magnetisches Moment), deren Erwartungswerte immer zueinander parallel oder antiparallel sind, mit der Larmor-Frequenz um die Richtung des Magnetfelds. Das verursacht eine beobachtbare Aufspaltung des Energieniveaus, aus deren Größe der g-Faktor bestimmt werden kann (siehe Zeeman-Effekt, magnetische Kernresonanz, Elektronenspinresonanz). Solche Messungen haben entscheidend zur Entdeckung des Spins und zur Aufklärung des Aufbaus der Elektronenhülle und der Atomkerne beigetragen.