Метод резонанса Раби

Метод резонанса Раби — это метод, разработанный Исидором Исааком Раби для измерения ядерного спина. Атом помещен в статическое магнитное поле и перпендикулярное вращающееся магнитное поле.

Здесь мы представляем классическое лечение.

Теория

только постоянное магнитное поле (B ₀Когда включено ), спин будет прецессировать вокруг него с ларморовской частотой ν ₀ и соответствующей угловой частотой ω ₀ .

Согласно механике, уравнение движения спина J имеет вид:

{\frac {d{\vec {J}}}{dt}}={\vec {\mu }}\times {\vec {B}}

{\vec {\mu }}=g{\frac {\mu _{B}}{\hbar }}{\vec {J}}=\gamma {\vec {J}}

где ц — магнитный момент .

g — g-фактор , который безразмерен и отражает влияние окружающей среды на вращение.

Решение дает угловую частоту ( ларморовскую частоту ) с магнитным полем, направленным на ось z:

\omega _{0}=-\gamma B_{0}

Знак минус обязателен. Это отражает то, что буква J вращается в левой руке, когда большой палец указывает на поле H.

при включении вращающегося магнитного поля (B _R ), с угловой частотой ω. Во вращающейся системе отсчета вращающегося поля уравнение движения имеет вид:

{\frac {d{\vec {J_{R}}}}{dt}}={\frac {d{\vec {J}}}{dt}}-{\vec {J}}\times {\vec {\omega }}

или

{\frac {d{\vec {J_{R}}}}{dt}}=\hbar {\vec {J}}\times ({\vec {B_{0}}}+{\vec {B_{R}}})-{\vec {J}}\times {\vec {\omega }}

если $\gamma B_{0}=\omega _{0}$ статическое поле аннулируется, и теперь спин прецессирует вокруг H _R с угловой частотой частотой Раби

\omega _{R}=\hbar B_{R}

Поскольку вращающееся поле перпендикулярно статическому полю, вращение во вращающейся системе отсчета теперь может переключаться между вверх и вниз.

Подметая ω _R , можно получить максимальный переворот и определить магнитный момент.

Эксперимент

Экспериментальная установка состоит из трех частей: неоднородное магнитное поле спереди, вращающееся поле в середине и еще одно неоднородное магнитное поле в конце.

Атомы после прохождения первого неоднородного поля разделятся на 2 пучка, соответствующие состоянию со спином вверх и вниз. Выберите один луч (например, в состоянии раскрутки вверх) и позвольте ему пройти через вращающееся поле. Если вращающееся поле имеет частоту (ω), равную ларморовской частоте, оно будет создавать высокую интенсивность другого луча (состояние со спином вниз). Изменяя частоту для получения максимальной интенсивности, можно узнать ларморовскую частоту и магнитный момент атома.

Ссылки и примечания

https://web.archive.org/web/20160325004825/https://www.colorado.edu/physics/phys7550/phys7550_sp07/extras/Ramsey90_RMP.pdf

См. также