Спин-обмен

В квантовой механике спин -обмен — это процесс взаимодействия между двумя частицами, опосредованный обменным взаимодействием . ^[1] Он сохраняет полный угловой момент системы, но может позволить другим аспектам системы измениться. Когда два спин-поляризованных атома в их основном состоянии испытывают столкновение со спин-обменом, полный спин атомов сохраняется, но ориентация отдельных спинов может измениться. Например, если атомы и противоположно поляризованы , столкновение со спин-обменом меняет спины на противоположные: ^[2] ${\displaystyle A}$ ${\displaystyle B}$

${\displaystyle A(\uparrow )+B(\downarrow )\rightarrow A(\downarrow )+B(\uparrow )}$

В щелочных металлах

В типичном паре атомов щелочных металлов спин-обменные столкновения являются доминирующим типом взаимодействия между атомами. Столкновения происходят настолько быстро, что они изменяют только состояние электронных спинов и не оказывают существенного влияния на ядерные спины. Таким образом, спин-обменные столкновения между атомами щелочных металлов могут изменять сверхтонкое состояние атомов, сохраняя при этом полный угловой момент 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 щелочных металлов равно

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

где сечение спинового обмена для щелочных металлов, таких как K, Rb и Cs, равно ^[3]

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

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

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

где — постоянная идеального газа , — температура, — молярная масса атомов. ${\displaystyle R}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle m}$

Ссылки

1. Салихов, Кев М. (2019). «Основы спинового обмена». SpringerLink : 1. doi :10.1007/978-3-030-26822-0.
2. Happer, W. & Tam, AC (1977). "Влияние быстрого спинового обмена на спектр магнитного резонанса щелочных паров". Physical Review A. 16 ( 5): 1877–1891. Bibcode : 1977PhRvA..16.1877H. doi : 10.1103/PhysRevA.16.1877.
3. HAPPER, WILLIAM (1972). «Оптическая накачка». Reviews of Modern Physics . 44 (2): 169–249. Bibcode : 1972RvMP...44..169H. doi : 10.1103/RevModPhys.44.169. ^{[ мертвая ссылка ]}