| Περίληψη |
Η εργασία αποτελείται από δύο μέρη. Το πρώτο μέρος είναι περί του θορύβου πόλωσης σπιν σε θερμούς αλκαλικούς ατμούς. Ο θόρυβος σπιν είναι η θεμελιώδης πηγή θορύβου που καθορίζει το λεγόμενο θεμελιώδες κβαντικό όριο σε μετρήσεις ακριβείας πάνω σε σπιν-πολωμένους στόχους. Εκμεταλλευόμενοι τη μαγνητική του φύση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το θόρυβο σπιν για την αποκομιδή πληροφοριών σχετικά με το υποκείμενο σύστημα και στο πρώτο μέρος της διατριβής αυτής τον εκμεταλευόμαστε για να εξάγουμε πειραματικά πληροφορία σχετική με τους ρυθμούς αποδιέγερσης και αποσυμφωνίας στο αλκαλικό μας σύστημα. Το πρώτο μέρος είναι οργανωμένο ως εξής. Στο πρώτο κεφάλαιο συζητώνται οι γενικές ιδιότητες των αλκαλικών μετάλων και η ατομική τους δομή. Ο βασισμένος στην άλγεβρα των σφαιρικών τανυστών φορμαλισμός που χρησιμοποιείται για την διεξαγωγή υπολογισμών σε αλκαλικά συστήματα εισάγεται εδώ και παρουσιάζονται οι διάφορες αλληλεπιδράσεις και διαδικασίες χαλάρωσης που λαμβάνουν χώρα σε ένα θερμικό ατμό. Τέλος, δίνεται μία ανάλυση της επίδρασης των ιδιοτήτων του ατομικού συστήματος πάνω στα χαρακτηριστικά των δεσμών φωτός που χρησιμοποιούνται για τη διερεύνηση του. Να παρατηρήσουμε εδώ ότι το κεφάλαιο αυτό έχει γραφεί αρκετά αναλυτικά, με σκοπό να μπορεί να χρησιμεύσει ως πηγή αναφοράς σχετικά με τη χρήση της άλγεβρας των σφαιρικών τανυστών σε υπολογισμούς σε συστήματα αλκαλικών μετάλων και ατομικά συστήματα εν γένει. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο εργαστηριακός χώρος και ο εξοπλισμός αυτού, πάντα με αναφορές σε συγκεκριμένους προμηθευτές, εταιρίες επιστημονικού εξοπλισμού και μοντέλα μηχανημάτων που χρησιμοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια των πειραμάτων. Στο τρίτο και τελευταίο κεφάλαιο αυτού του πρώτου μέρους παρουσιάζεται η πειραματική δουλειά που πραγματοποιήθηκε. Κατά τη διάρκεια αυτής καταφέραμε, από μετρήσεις του κβαντικού θορύβου σπιν,να εξάγουμε τον εγκάρσιο ρυθμό χαλάρωσης του αλκαλικού ατμού, ο οποίος αποτελεί το κύριο ρυθμό αποσυμφωνίας του συστήματος. Επίσης κατορθώσαμε να επιβεβαιώσουμε επί της αρχής τη δυνατότητα του πειραματικού μας συστήματος να λειτουργήσει ως μια Κβαντική Γεννήτρια Τυχαίων Αριθμών. Το δεύτερο μέρος της εργασίας αφορά στη κβαντική βιολογία. Το κίνητρο για αυτή τη δουλειά υπήρξε η ικανότητα ορισμένων ειδών ζώων και φυτών να αντιλαμβάνονται μαγνητικά πεδία (μαγνητοαντίληψη) και, ιδιαίτερα, η προτεινόμενη εξήγηση της ικανότητας μαγνητικού προσανατολισμού ορισμένων πτηνών μέσω της επίδρασης του μαγνητικού πεδίου της γης σε αντιδράσεις ζευγών ριζικών ιόντων (Radical Ion Pairs, RIPs) που λαμβάνουν χώρα στον αμφηβλιστροειδή χιτώνα του ματιού. Τα RIPs σχηματίζονται σε συσχετισμένες καταστάσεις σπιν, από μία διαδικασία μεταφοράς φορτίου μεταξύ δύο ελεύθερων ριζών. Αυτή η συσχετισμένη κατάσταση εξελίσσεται χρονικά με σύμφωνο τρόπο εντός των singlet και triplet υποχώρων και η χρονική εξέλιξη αυτή μπορεί να επηρρεαστεί από εξωτερικά μαγνητικά πεδία, καθιστώντας έτσι το RIP ένα εν δυνάμει μαγνητικό ανιχνευτή. Η εργασία του γράφοντος πάνω σε αυτό το θέμα ήταν θεωρητικής φύσεως και αφορούσε στη μελέτη των διαφοροποιήσεων στα διάφορα σχετικά φαινόμενα που απορρέουν όταν υποτεθεί ότι τα RIPs σχηματίζονται σε μία αρχικά σύμφωνη triplet κατάσταση, αντί της, συνήθως λαμβανόμενης ως αρχικής, singlet κατάστασης. Το δεύτερο μέρος είναι οργανωμένο ως εξής. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μία συλλογή από πειραματικά δεδομένα πάνω στην επίδραση μαγνητικών πεδίων στις αλληλεπιδράσεις RIPs και εισάγεται και συζητείται η ιδιότητα της μαγνητοαντίληψης. Αυτό το κεφάλαιο, όπως το πρώτο κεφάλαιο του πρώτου μέρους, είναι γραμμένο σα μία γενική αναφορά/εισαγωγή στο πεδίο της χημείας σπιν. Στο δεύτερο κεφάλαιο δίνεται ο φαινομενολογικός μαθηματικός φορμαλισμός που παραδοσιακά χρησιμοποιείται για τη περιγραφή των αλληλεπιδράσεων των RIPs και εισάγεται η νέα, ποιοτικά και σε σύλληψη διαφορετική θεωρία του Ι. Κομίνη περί των ιδίων αλληλεπιδράσεων. Στο τελευταίο κεφάλαιο μελετάται η συμπεριφορά των αλληλεπιδράσεων RIPs αρχικά διεγερμένων στη triplet κατάσταση σπιν. Συγκεκριμένα αναλύουμε πως μία σύμφωνη triplet κατάσταση μπορεί να δώσει πληροφορία, όχι μόνο για τη διεύθυνση ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, αλλά και για τη φορά αυτού, και μάλιστα σε ένα RIP που παρουσιάζει ισοτροπική υπέρλεπτη αλληλεπίδραση, κάτι αδύνατον για RIPs σχηματισμένα στη singlet κατάσταση. Τέλος, στη περίπτωση triplet διέγερσης σε ένα RIP με ανισοτροπική υπέρλεπτη αλληλεπίδραση και σε συγκεκριμένες περιοχές παραμέτρων, δείχνουμε πως η νέα θεωρία προβλέπει ριζικά διαφορετική συμπεριφορά από την αναμενόμενη από τη συνήθη, φαινομενολογική προσέγγιση.
|
Spin noise, decoherence and magnetic effects in alkali atoms and biomolecules
