Intercambio de giros

En mecánica cuántica , el intercambio de espín es un proceso de interacción entre dos partículas mediado por una interacción de intercambio . ^[1] Conserva el momento angular total del sistema, pero puede permitir que cambien otros aspectos del sistema. Cuando dos átomos polarizados por espín en su estado fundamental experimentan una colisión de intercambio de espín, el espín total de los átomos se conserva, pero la orientación de los espines individuales puede cambiar. Por ejemplo, si los átomos y están polarizados de forma opuesta , una colisión de intercambio de espín invierte los espines: ^[2] ${\displaystyle A}$ ${\displaystyle B}$

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

En metales alcalinos

En un vapor típico de átomos de metales alcalinos , las colisiones de intercambio de espín son el tipo dominante de interacción entre átomos. Las colisiones ocurren tan rápidamente que solo alteran el estado de los espines de los electrones y no afectan significativamente los espines nucleares. Por lo tanto, las colisiones de intercambio de espín entre átomos de metales alcalinos pueden cambiar el estado hiperfino de los átomos mientras se preserva el momento angular total del par en colisión. Como resultado, las colisiones de intercambio de espín causan decoherencia en conjuntos de átomos polarizados que precesan en presencia de un campo magnético .

El tiempo entre colisiones de intercambio de espín para un vapor de átomos de metales alcalinos es

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

donde la sección transversal de intercambio de espín para metales alcalinos como K, Rb y Cs es ^[3]

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

y donde es la densidad de vapor y es la velocidad relativa promedio dada por la distribución de Maxwell-Boltzmann : ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle {\bar {v}}_{rel}}$

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

donde es la constante del gas ideal , es la temperatura y es la masa molar de los átomos. ${\displaystyle R}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle m}$

Referencias

1. Salikhov, Kev M. (2019). "Fundamentos del intercambio de espín". SpringerLink : 1. doi :10.1007/978-3-030-26822-0.
2. Happer, W. y Tam, AC (1977). "Efecto del intercambio rápido de espín en el espectro de resonancia magnética de vapores alcalinos". Physical Review A . 16 (5): 1877–1891. Código Bibliográfico :1977PhRvA..16.1877H. doi :10.1103/PhysRevA.16.1877.
3. HAPPER, WILLIAM (1972). "Bombeo óptico". Reseñas de Física Moderna . 44 (2): 169–249. Código Bibliográfico :1972RvMP...44..169H. doi :10.1103/RevModPhys.44.169. ^{[ enlace muerto ]}