スピンと磁気共鳴

スピンのイメージは、粒子の自転です。
フィギュアスケートにおいて、ジャンプの種類がルッツ、トゥーループ、サルコー、、、と色々あるように、粒子の自転にもいくつかの「回り方」が決まってて、それと「スピン量子数」という数を対応させています。ルッツはジャンプ1、トゥーループはジャンプ2みたいな感じです。半整数を取ることもあります。(つまり、スピンが 1/2 といった数を取ることもあります。)

スピンには、核スピン、電子スピンがあります。核スピンは、原子核に注目したスピンです。電子スピンは、電子に注目したスピンです。

電荷を持った粒子が回転するということは「電荷が移動した」といえます。電荷が移動するとは「電流が流れた」ようなものです。すると電流に伴い磁場が生じます。従って、スピンを有する粒子、すなわち自転する粒子のことを、磁場を生じさせる「小さな棒磁石」のようなものであると考えることができます。

外部から磁場をかけると、スピンを持つ粒子は、磁場の影響で歳差運動をします。(コマが傾いた状態で周り続ける運動のイメージです。)これをラーモア歳差運動といいます。この時、この運動の速度と等しい周波数の電磁波を吸収するという現象が見られます。この現象を利用し、強い磁場をかけた上で、固有の電磁波を照射することで、スピンを持つ粒子に関する様々な情報を得ることができるのです。

例えば「水素原子の核スピン」に注目し、強力な磁場発生装置+ラジオ波照射装置+検出器によって「分子における各水素原子の置かれた状態」についての情報を得ることができます。これは 1HーNMR(Nuclear Magnetic Resonance)で実現されています。

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