Спиновая температура. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Спиновая температура - термодинамич. величина, характеризующая состояние внутр. квазиравновесия в подсистеме спиновых степеней свободы вещества. наиб. распространение понятие спиновой температуры получило при описании электронных и ядерных парамагнетиков . В этом случае спиновая температура T_S определяет вероятность W_i нахождения системы частиц, обладающих спином, в стационарном состоянии с энергией

где Z - статистич. сумма. Соотношение (1) аналогично обычному каноническому распределению Гиббса, однако

- лишь часть полной энергии системы, зависящая от спиновых переменных. Предполагается, что локальное внутр. равновесие в спиновой подсистеме (квазиравновесие) устанавливается гораздо быстрее, чем равновесие между спиновой подсистемой и остальными степенями свободы (истинное равновесие с температурой Т₀). Примером может служить система ядер, обладающих спином

и гиромагн. отношением

, в твёрдом теле, помещённом во внеш. пост. магн. поле H. Взаимодействие магн. момента ядра с этим полем приводит к образованию 2I + 1 уровней энергии

, разделённых равными интервалами

и соответствующих разл. значениям проекции I_z ядерного спина на направление Н (рис., а). Внутр. квазиравновесие в этой системе устанавливается благодаря спин-спиновым взаимодействиям между ядрами: 1) создаваемые ядерными магн. моментами локальные поля приводят к расфазировке прецессии спинов в поле Н за время поперечной релаксации

, в результате сохраняющейся макроскопич. характеристикой системы остаётся ср. значение I_z; 2) взаимные «перевороты» ядерных спинов, вызванные спин-спиновым взаимодействием, приводят к «забыванию» их нач. распределения по состояниям также за время

. Поэтому на интервалах времени

можно считать спиновую подсистему квазиравновесной. Обычно

с оказывается много меньше времени спин-решёточной релаксации

с.

Энергетические диаграммы и квазиравновесные распределения населёнвостей парамагнитных спиновых систем в магнитном поле: а - I = 3/2, единая спиновая температура; б - различные спиновые температуры в неэквидистантном спектре; в - «зеемановская» и «спин-спиновая» спиновые температуры; - энергия, и - населённость; пунктир соответствует распределению Больцмана.

Если спиновая система не подвергается внеш. воздействиям, она приходит в равновесие с решёткой, играющей роль термостата; при этом T_S = T₀. Однако при воздействии резонансного радиочастотного магн. поля с частотой

, индуцирующего квантовые переходы между соседними магн. уровнями [см. Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)], населённости уровней постепенно выравниваются, что в соответствии с (2) означает повышение спиновой температуры. В пределе и

(насыщение ЯМР).

Понятие спиновой температуры обобщается также на системы с разл. расстояниями между соседними уровнями энергии, что типично для электронного парамагнитного резонанса, ядерного квадрупольного резонанса и др. В этом случае отсутствие резонанса между разл. переходами спектра препятствует установлению квазиравновесия с единой спиновой температурой T_S. Однако каждой паре уровней j, k можно приписать, следуя (2), свою «парциальную» спиновую температуру

При насыщении к--л. перехода (напр.,

на рис., б) населённости этих уровней выравниваются и соответствующая спиновая температура

, тогда как на др. переходах спиновая температура может оказаться как выше, так и ниже Т₀или стать отрицательной (см. Отрицательная температура ).Последнее означает, в соответствии с (2), что населённость верх. уровня больше, чем нижнего (см. уровни 3, 2 на рис., б). Возможность состояний с отрицательной спиновой температуры характерна для систем (не только спиновой природы), спектр энергии к-рых ограничен сверху. Такие состояния способны к вынужденному испусканию эл--магн. поля, с ними связана работа квантовых генераторов и усилителей (см. также Лазер).

Термодинамический смысл спиновой температуры более полно проявляется в твёрдых парамагнетиках при учёте энергии спин-спиновых взаимодействий. При этом каждый уровень

расщепляется в квазинепрерывную полосу шириной

, где H_L- ср. локальное поле. При

квазиравновесие в такой системе описывается двумя спиновыми температурами: «зеемановской» T_sz и «спин-спиновой» T_SS. Они характеризуют соответственно распределения населённостей по уровням

и внутри непрерывных полос (рис., в).

Адиабатич. уменьшение поля Н за время

приводит к понижению спиновой температуры. В частности, при адиабаич. размагничивании до Н = 0 получается T_S = T₀H_L/H. Адиабатич. размагничивание электронных и ядерных парамагнетиков используют для магнитного охлаждения до температур ниже 1К.

В магнитоупорядоченных веществах (ферро- и антиферромагнетиках) аналогом спиновой температуры является эфф. температура подсистемы магнонов (см. Релаксация магнитная).

Литература по спиновой температуры

Знаете ли Вы, что такое мысленный эксперимент, gedanken experiment?
Это несуществующая практика, потусторонний опыт, воображение того, чего нет на самом деле. Мысленные эксперименты подобны снам наяву. Они рождают чудовищ. В отличие от физического эксперимента, который является опытной проверкой гипотез, "мысленный эксперимент" фокуснически подменяет экспериментальную проверку желаемыми, не проверенными на практике выводами, манипулируя логикообразными построениями, реально нарушающими саму логику путем использования недоказанных посылок в качестве доказанных, то есть путем подмены. Таким образом, основной задачей заявителей "мысленных экспериментов" является обман слушателя или читателя путем замены настоящего физического эксперимента его "куклой" - фиктивными рассуждениями под честное слово без самой физической проверки.
Заполнение физики воображаемыми, "мысленными экспериментами" привело к возникновению абсурдной сюрреалистической, спутанно-запутанной картины мира. Настоящий исследователь должен отличать такие "фантики" от настоящих ценностей.

Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.

Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").

Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.

Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.

Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.