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Junpei Fujimoto | KEK | Japan

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PDG

A lot of experiments are under going and new improved values of measurements are going to be reported. Do you know where physicists pick up the most updated and reliable values? There is a PDG(Particle Data Group) site to have a great database on the measured properties of particles, which is funded by US DOE,US NSF, CERN,MEXT(Japan), INFN(Italy),MEC(Spain) and IHEP & RFBR (Russia).

http://ccwww.kek.jp/pdg/ is one of the mirror home pages of PDG.

Home page of PDG

From ‘Particle Listing’ please enter to the world of particles. You will find “electron” after “LEPTONS (e, mu, tau, neutrinos, heavy leptons …)” and see “J=1/2” in the headline which means electron is a spin-half particle. For example, the most updated value of the mass of electron in MeV/c^2 unit is 0.510998910±0.000000013 where c means the speed of light.

You may not be familiar with MeV unit. MeV means Mega electron Volts. If you like to check the conversion factor from ‘kg’ to ‘MeV’, please visit “Reviews, Tables, Plots” page from the top page. You soon find it in “Physical Constants (Rev.)” after “Constants, Units, Atomic and Nuclear Properties”, which tells us

1 eV/c^2 = 1.782 661 758(44) × 10^{-36} kg, then

the electron mass in kg unit should be 0.910938 x 10^{-30}kg !!

Please also notice the precision of the value of the electron mass has 7 effective digits. You must wonder how one can get such one. PDG also tells you about the reference of the experiments, too. The previous number was the averaged one of various experiments reported by Peter J. Mohr, Barry N. Taylor, and David B. Newel in arXiv:0801.0028(preprint server) entitled “CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants:2006.” Each experiment to measure the mass of electron can be seen, for example, in the paper of Physical Review Letters Vol. 88, 0011603 in 2001 by Thomas Beier, Hartmut Ha”ffner, Nikolaus Hermanspahn, Savely G. Karshenboim, H.-Ju”rgen Kluge, Wolfgang Quint, Stefan Stahl, Jose’ Verdu’, and Gu”nther Werth where they compared Larmor frequency of the electron bound in a 12C^{5+} ion with the cyclotron frequency of a single trapped 12C^{5+} ion.

Please enjoy PDG trek.

世界では、今この瞬間にもいろいろな実験が行われていて、次々と新しい結果が報告されます。では、そういった最新の測定値はどれを信頼して使えばよいのでしょう?実は米国やCERN,日本、イタリア、スペイン、ロシアの各国の関係機関が出資した、そういった最新の物理結果を配信するグループ、PDG(パーティクル・データ・グループ)があります。

たとえば、http://ccwww.kek.jp/pdg/はそのPDGのホームページの一つです。

トップページの”Particle Listing”から、入って、”LEPTONS (e, mu, tau, neutrinos, heavy leptons …)”に入り、更に”electron”にたどり着けば、それが電子のいろいろな性質に関する測定値のページとなります。”electron”の見出しのすぐ横に”J=1/2″と書いてありますが、それは電子がスピン1/2の粒子であることを示すものです。ちょっと下の方を見ると、MeV/c^2という単位で計ったときの電子の質量の値、0.510998910±0.000000013を見つけることができるでしょう。

MeVというのは、100万電子ボルトのことです。アインシュタインの式、E=mc^2により、エネルギーの単位、電子ボルトを光の速度cの二乗で割れば、それば質量(m)になります。でも換算係数がないとピンとこないでしょう。その換算係数もこのサイトで探すことができます。トップページから”Reviews, Tables, Plots” に入り直して、”Constants, Units, Atomic and Nuclear Properties”の中の”Physical Constants (Rev.)”に行けば、

1 eV/c^2 = 1.782 661 758(44) × 10^{-36} kg

と載っています。ですので、電子の質量は0.910938 x 10^{-30}kgということになります。上記の電子の質量の桁数にご注目ください。なんと、7桁も有効数字があります。こんなに精度よくどうやって測定したのだろうと思われることでしょう。PDGは測定値のみではなく、その測定を行った実験の論文も紹介しています。先ほどの7桁の電子の質量は、Peter J. Mohr, Barry N. Taylor, and David B. Newelたちが、それまでに行われた電子の質量に関する測定値を平均して得た値で、プレプリントサーバーに投稿した”CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants:2006.”という題名の論文(arXiv:0801.0028)に掲載されていた値です。その平均値のもととなる個々の測定についても記述があります。たとえば、Thomas Beierらが行い、学術論文誌Physical Review Lettersの2001年の88巻の0011603に発表された、炭素イオン12C^{+5}に捕獲された電子のラーモア振動数とサイクロトロン振動数との比較から得られた値、0.510998901±0.000000020も載っています。

素粒子の性質に関する測定値ならなんでも載っています。ちょっと眺めてみると面白いですよ。

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