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The Quantum Origins of the Free Induction Decay Signal and Spin Noise

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标签: NMR

NMR

核磁共振

核磁共振

成像

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Experiments  are  described  that  elucidate  the  quantum  mechanical  origins  of  the  free  induction  decay  voltage  and  of  spin  noise.  It  is  shown  that  the  experimentally  measured  FID  voltage  induced  in  a  Hertzian  loop  receiving  coil  following  a  90°  pulse  is  typically  two  orders  of  magnitude  too  large  to  be  accounted  for  by  the  current  quantum  theory  of  signal  reception—coherent  spontaneous  emission.  An  experiment  is  then  presented  in  which  spin  noise  is  easily  observed  in  a  circuit  with  a  Q-factor  of  order  unity,  thereby  undermining  a  popular  hypothesis  that  such  noise  is  due  to  spontaneous  emission  and  is  only  observable  because  of  the  enhancement  in  the  density  of  the  radiation  field  in  a  high  Q-factor  tuned  circuit,  the  NMR  probe.  Both  the  free  induction  decay  and  the  spin  noise  are  shown  to  be  accurately  predicted  by  near-field  Faraday  induction,  which  is  described  in  the  theory  of  quantum  electrodynamics  by  an  exchange  of  virtual  photons.  A  heuristic  approach  to  understanding  the  nature  and  role  of  virtual  photons  in  the  signal  reception  process  is  then  given.  Thus  current  popular  statements  that  observation  of  the  magnetic  resonance  phenomenon  relies  on  the  absorption  and  emission  of  radio  waves  are  shown  to  be  wrong

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