Метод Раби
Ме́тод Ра́би — метод измерения магнитных моментов атомных ядер на основе явления переориентации спинов этих ядер в магнитном поле с помощью резонансного радиочастотного поля.
Разработан американским физиком Изидором Айзеком Раби в 1937 году, и использован для точного измерения магнитных моментов протона и дейтрона. В 1944 году Изидор Раби получил Нобелевскую премию «за резонансный метод регистрации магнитных свойств атомных ядер». Метод Раби был использован при разработке метода ядерного магнитного резонанса, поскольку была обнаружена зависимость резонансной частоты от величины приложенного магнитного поля и типов исследуемых ядер[1].
Физические основы[править]
Метод Раби основан на том, что резонансное высокочастотное магнитное поле, через которое пропускают пучки частиц, вызывает переориентацию магнитных моментов образующих эти пучки частиц, а величина магнитного момента атомных ядер определяют по изменениям траектории частиц (пропускаемых пучков). При совпадении частоты радиочастотного поля и квантовых переходов частиц молекулярных и атомных пучков происходит резонансное поглощение вызывающего эти переходы радиочастотного поля.
Схема установки, использующей метод Раби для измерения магнитных моментов нейтральных молекулярных пучков, показана на рисунке.
Впервые с помощью метода Раби наблюдался ядерный магнитный резонанс в нейтральных молекулярных пучках, что приводило к резонансной переориентации магнитных моментов молекул пучка. Отклонение траектории пучков обеспечивалось неоднородным магнитном полем, создаваемым магнитом и фиксировалось специальным детектором после фокусировки пучка вторым магнитом, создающим магнитное поле с противоположным градиентом напряжённости магнитного поля. При этом соотношения силы магнитов подбирали так, чтобы все молекулы пучка попадали на детектор вне зависимости от их скорости. Между первым и вторым магнитом помещён контролирующий магнит, создающий однородное магнитное поле, в котором располагают петлю из проволоки, подключённую к радиочастотному генератору. При включении радиочастотного генератора происходит переориентация магнитных моментов, в результате чего фокусировка нарушается, что фиксируется детектором. Подстройкой частоты генератора добиваются резонанса по изменению интенсивности пучка при изменении напряжённости магнитного поля, создаваемого контролирующим магнитом, либо изменяя магнитное поле контролирующего магнита.
Переориентация магнитного момента в квантовой теории описывается как результат энергетического перехода между уровнями в молекуле. Тогда вероятность перехода в осциллирующем внешнем магнитном поле за промежуток времени равен:
,
где — частота Раби, — угловая частота прецессии магнитного момента, — гиромагнитное отношение, .
Вероятность усредняют по распределению молекул по скоростям, при этом ширина резонанса по частоте обратно пропорциональна величине , где — средняя скорость молекул, при увеличении которой интенсивность пучка уменьшается.
Применение[править]
Метод Раби используют в спектрометрах радиочастотного диапазона, а также для измерения магнитных моментов частиц (например, протона, дейтрона, электрона и др.), в квантовой метрологии и установлении стандартов частоты, а также спектральных характеристик газов, жидкостей и твёрдых тел.
Примечания[править]
- ↑ Смит К. Ф. Молекулярные пучки. — Москва: Физматгиз, 1959.
Литература[править]
- Смит К. Ф. Молекулярные пучки. — Москва : Физматгиз, 1959.
- Рамзей Н. Молекулярные пучки. — Москва : Изд-во иностр. лит, 1960.
- Городин П. М., Фролов В. В., Чижик В. И., Мельников А. В. Физические основы квантовой радиофизики. — Л. : Изд-во ЛГУ, 1985.
Ссылки[править]
![]() | Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Метод Раби», расположенная по адресу:
Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?». |
---|