Спин-обмен

В квантовой механике спиновый обмен — это процесс взаимодействия между двумя частицами, опосредованный обменным взаимодействием . Он сохраняет общий угловой момент системы, но может допускать изменение других аспектов системы. Когда два спин-поляризованных атома в основном состоянии испытывают спин-обменное столкновение, общий спин атомов сохраняется, но ориентация отдельных спинов может измениться. Например, если атомы $A$ и $B$ противоположно поляризованы , то спин-обменное столкновение меняет направление спинов:

$A(\uparrow )+B(\downarrow )\rightarrow A(\downarrow )+B(\uparrow )$

В щелочных металлах

В типичном паре атомов щелочных металлов преобладающим типом взаимодействия между атомами являются спин-обменные столкновения. Столкновения происходят настолько быстро, что лишь изменяют состояние спинов электронов и не оказывают существенного влияния на спины ядер. Таким образом, спин-обменные столкновения между атомами щелочных металлов могут изменить сверхтонкое состояние атомов при сохранении полного углового момента сталкивающейся пары. В результате спин-обменные столкновения вызывают декогеренцию в ансамблях поляризованных атомов, прецессирующих в присутствии магнитного поля .

Время между спин-обменными столкновениями для паров атомов щелочного металла равно

$T_{se}=(\sigma _{se}n{\bar {v}}_{rel})^{-1}$

где сечение спинового обмена для щелочных металлов, таких как K, Rb и Cs, равно

$\sigma _{se}=2\times 10^{-14}\ \mathrm {cm} ^{2}$

и где $n$ плотность пара и ${\bar {v}}_{rel}$ это средняя относительная скорость, определяемая распределением Максвелла – Больцмана :

${\bar {v}}_{rel}={\sqrt {\frac {16RT}{\pi m}}}$

где $R$ — постоянная идеального газа , $T$ это температура, и $m$ — молярная масса атомов.