角动量

量子进动

进动是自旋物体的轴绕另一方向缓慢摇摆的现象——倾斜的陀螺不是倒下,而是慵懒地打着圈。在量子世界里,一个携带磁矩的角动量被置于磁场中时,大体也是如此:它的期望值矢量以一个固定的速率(称为拉莫尔频率)稳稳地绕着磁场轴回旋,这速率由磁场强度与粒子的磁性所设定。

对究竟是什么在摇摆,我们须得当心。我们不能说角动量矢量真是一支沿圆锥描画的小箭头,因为它的垂直分量从不会同时被清晰定义。真正干净地进动的,是平均值,即角动量的期望值,它遵守一个与经典方程几乎一模一样的式子。经典的摇摆,作为量子平均值的运动而存留下来——这是两幅图像令人欣慰的会合。

这种进动并非奇谈,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扫描仪,正是靠扳倒核磁矩、再聆听它们进动时所发出的无线电信号来工作的。原子钟、磁强计以及量子操控实验,全都依赖于以极高的精度去驱动并读取这稳定的量子摇摆。

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

角动量的平均值以拉莫尔频率绕磁场轴回旋。

进动描述的是期望值的运动,而非一支真实旋转的箭头。角动量的垂直分量在量子力学上始终未定义,所以那幅整洁的圆锥图像只是一种指引,并非全部真相。

又称
Larmor precession拉莫尔进动進動