Inversione di popolazione in NMR

From: Godel <no_at_spam.it>
Date: Mon, 14 Apr 2008 10:57:30 GMT

Sto preparando l'esame di Metodi Fisici II e, mentre
ripassavo la parte teorica NMR, mi e' sorto un dubbio.
Spero trovi tempo ma soprattutto voglia per rispondermi.

Supponiamo di condurre uno studio NMR con uno
strumento ad onda continua e di inviare al nostro campione
un impulso di radiofrequenza che ruota il vettore
magnetizzazione di 180�. Cosi' facendo non abbiamo fatto altro
che invertire la popolazione dei due livelli energetici generati
dall'intenso campo magnetico B.

Cioe', se all'equilibrio, con la bobina generatrice di rf spenta,
avevamo N1 nuclei al livello 1 (il piu' basso in energia)
e N2 nuclei al livello 2 (il piu' alto in energia), dopo l'impulso
a 180� avremo N2 nuclei che popolano il livello 1, e N1
nuclei che popolano il livello 2.

Fin qui spero di aver capito bene, ma ora sorge il dubbio.

Dalla trattazione di Einstein sui laser deriva
che quando abbiamo a che fare con sistemi con due soli
livelli energetici popolabili, il meglio che possiamo fare con
una "sorgente di pompaggio", anche molto intensa, e' rendere,
*al limite*, ugualmente popolati i due livelli, e mai rendere
maggiormente popolato il livello piu' alto in energia.
Questo perche' la probabilita' che un fotone provochi una
singola transizione per assorbimento dal livello 1 al livello 2
e', per questioni termodinamiche, uguale alla probabilita'
di causare un singolo decadimento (per emissione stimolata)
di un nucleo dal livello 2 al livello 1; Al decadimento per
emissione stimolata si aggiunge il fenomeno di rilassamento
spontaneo che dovrebbe garantire *sempre* un seppur lieve
eccesso di popolazione del livello ad energia inferiore.
Quindi, nel nostro caso in cui un nucleo in precessione puo'
trovarsi in due soli autostati (m=+1/2; m=-1/2), potremmo
aspettarci di ottenere *al limite*, un impulso a 90� (cioe'
livelli egualmente popolati) mediante irraggiamento rf alla
frequenza di larmor.

Come mai, di fatto, alla luce di quanto esposto riusciamo
ad ottenere l'inversione di popolazione dei due livelli per
semplice irraggiamento del campione?

Il libro affronta questo problema dal punto di vista classico,
ma come giustificare l'inversione di popolazione in base a
considerazioni quantistiche?
Received on Mon Apr 14 2008 - 12:57:30 CEST