角動量

量子進動

進動是自旋物體的軸繞另一方向緩慢搖擺的現象——傾斜的陀螺不是倒下,而是慵懶地打著圈。在量子世界裡,一個攜帶磁矩的角動量被置於磁場中時,大體也是如此:它的期望值向量以一個固定的速率(稱為拉莫爾頻率)穩穩地繞著磁場軸迴旋,這速率由磁場強度與粒子的磁性所設定。

對究竟是什麼在搖擺,我們須得當心。我們不能說角動量向量真是一支沿圓錐描畫的小箭頭,因為它的垂直分量從不會同時被清晰定義。真正乾淨地進動的,是平均值,即角動量的期望值,它遵守一個與經典方程幾乎一模一樣的式子。經典的搖擺,作為量子平均值的運動而存留下來——這是兩幅圖像令人欣慰的會合。

這種進動並非奇談,而是天天使用的工具。核磁共振以及在其之上建造的磁共振成像掃描儀,正是靠扳倒核磁矩、再聆聽它們進動時所發出的無線電信號來工作的。原子鐘、磁強計以及量子操控實驗,全都依賴於以極高的精度去驅動並讀取這穩定的量子搖擺。

ω_Larmor = γ · B (precession rate set by field B)

角動量的平均值以拉莫爾頻率繞磁場軸迴旋。

進動描述的是期望值的運動,而非一支真實旋轉的箭頭。角動量的垂直分量在量子力學上始終未定義,所以那幅整潔的圓錐圖像只是一種指引,並非全部真相。

又稱
Larmor precession拉莫尔进动進動