早在1933年，O. Stern等人的实验就说明中子磁矩不为零。L. W. Alvarez等人在1940年用核磁共振法第—次直接测量了中子磁矩，测量结果为1.935±0.035 μ_N，这里μ_N＝5.050824×10^－24 J/T 是核子磁矩单位。目前更精确的测量结果为1.91304μ_Ｎ[1]。中子不带电，怎么会有磁矩呢？迄今为止，这仍是一个未解之迷。

如果中子是卢瑟福所说的压缩氢原子，则这个谜就不难解开。因为氢原子也是一个中性粒子，但是其磁矩并不为零，而是等于一个玻尔磁子的磁矩μ_Ｂ＝9.27×10^－24 J/T。与氢原子不同的是，压缩氢原子（中子）是非束缚态，会衰变为一个自由的质子和一个自由的电子。自由电子的最大动能为0.782MeV。由于压缩氢原子是非束缚态，其核外电子的角动量和能量不满足量子化条件，其轨道可看作是半径缓慢变大的准圆周轨道。压缩氢原子中电子的势能为-e²/4πε₀r，根据能量守恒定律，动能为0.782MeV与势能绝对值之和，总能量为1.293MeV+ e²/4πε₀r，这里r是电子的轨道半径。 根据磁矩的定义，压缩氢原子（中子）磁矩等于轨道电流ev/(2πr)与轨道截面πr²的乘积evr/2。根据电子静止能量0.511MeV与总能量的比值可以得到电子速度与光速的比值v/c。由此可以得到电子轨道磁矩与轨道半径的关系。经过简单的计算，当压缩氢原子中电子的轨道（中子）半径为0.41费米时，中子磁矩的计算值与实验测量值一致。

[1] 汲长松, 中子探测, 原子能出版社, 2014.05, 第5页

刘山亮/2023.07.17