Intercambio de espín

En mecánica cuántica , el intercambio de espín es un proceso de interacción entre dos partículas mediado por una interacción de intercambio . ^{[ 1 ]} Preserva el momento angular total del sistema, pero puede permitir que otros aspectos del sistema cambien. Cuando dos átomos polarizados en 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${\displaystyle A}$y${\displaystyle B}$están polarizados en sentido opuesto , una colisión de intercambio de espín invierte los espines: ^{[ 2 ]}

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

En un vapor típico de átomos de metales alcalinos , las colisiones de intercambio de espín son el tipo de interacción dominante entre los átomos. Estas colisiones ocurren tan rápidamente que solo alteran el estado de los espines electrónicos 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, preservando al mismo tiempo el momento angular total del par que colisiona. Como resultado, las colisiones de intercambio de espín provocan 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 dónde${\displaystyle n}$es la densidad del vapor y${\displaystyle {\bar {v}}_{rel}}$es la velocidad relativa promedio dada por la distribución de Maxwell-Boltzmann :

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

dónde${\displaystyle R}$es la constante de los gases ideales ,${\displaystyle T}$es la temperatura, y${\displaystyle m}$es la masa molar de los átomos.