Эффект «памяти»

Более конкретный пример эффекта «памяти» можно продемонстрировать с помощью простого механического устройства. В кольцеобразный промежуток между двумя цилиндрами из прозрачной пластмассы наливают вязкую жидкость (см. рисунок на с. 5). Наружный цилиндр неподвижен, а внутренний может вращаться вокруг своей оси. В жидкость впрыскивают узкую струйку красителя; это состояние соответствует первоначальной упорядоченности частиц. Если поворачивать внутренний цилиндр, то после нескольких оборотов краситель смешается с жидкостью. Покажите жидкость, находящуюся между цилиндрами, знатоку термодинамики, и он скажет, что молекулы красителя полностью разупорядочены (энтропия системы максимальна) и что процесс смешивания завершен и необратим. Но на самом деле жидкость находится в состоянии скрытой упорядоченности (энтропия постоянна): при обращении направления вращения внутреннего цилиндра процесс смешивания «обращается»; после равного числа оборотов в обратном направлении снова возникает вертикальная узкая полоска окрашенной жидкости.

В 1950 г. один из нас (Хан), работавший тогда в Иллинойсском университете, открыл эффект «памяти», связанный с процессами атомного масштаба (в принципе аналогичный примеру с бегунами и примеру с красителем). В магнитное поле помешали образец глицерина и подвергали его действию двух коротких импульсов электромагнитного радиочастотного излучения, разделенных интервалом I в несколько сотых долей секунды. Образец как бы помнил об этой последовательности импульсов и спустя It с после первого из них испускал третий импульс — «эхо». Данное явление получило название ядерного спинового эха.

Эффект спинового эха обусловлен гиромагнитными свойствами атомных ядер, таких, как протон — ядро атома водорода. Поскольку протон вращается вокруг своей оси и электрически заряжен, он имеет магнитный момент (в какой-то степени аналогичный механическому моменту гироскопа), направленный вдоль спина — оси собственного вращения. Если направление спина протона составляет некоторый угол с направлением постоянного внешнего магнитного поля, то протон, подобно наклоненному гироскопу в постоянном поле тяжести, спин вращается вокруг линии, параллельной направлению внешнего поля (см. рисунок справа). Частота Лрецессии, т.е. частота вращения спина, зависит (кроме других факторов) от напряженности внешнего магнитного поля. Прецессия спина протона вокруг направления постоянного внешнего поля лежит в основе эффекта спинового эха.