¿Por qué los objetos con momento dipolar magnético a veces se orientan hacia B exterior y otras veces hacen precesión?

Question

Dado el momento dipolar magnético en campo magnético uniforme externo $\vec{B}$ Estoy tratando de entender por qué a veces $\vec{\mu}$ simplemente se alinea con el $\vec{B}$ y se mantiene así, mientras que otras veces $\vec{\mu}$ comienza a precesar alrededor de $\vec{B}$ ?

Me interesan tanto los conceptos clásicos como los cuánticos de este fenómeno. Cuando leo libros de física cuántica me parece que en el mundo cuántico siempre tenemos precesión y nunca una simple alineación (interacción entre, por ejemplo, el espín del electrón y el campo externo):

mientras que en el mundo clásico a veces tenemos uno y otras veces el otro.

¿Existe alguna condición para la precesión? Estoy buscando una respuesta intuitiva para tener alguna imagen/concepto en mi cabeza, no una explicación matemática estricta.

Answer 1

Quiero dar una respuesta para los electrones que tienen tanto un espín intrínseco como un momento dipolar magnético. La clave para entender por qué los electrones en reposo en relación con un campo magnético externo se alinean y no precesan mientras se mueven de forma no paralela al campo magnético externo los electrones sufren una precesión es su energía cinética en relación con el campo externo.

Electrón en reposo

Un electrón en reposo cuando está bajo la influencia de un campo magnético estático se alineará con su momento dipolar magnético. Para este caso no ocurre nada más, no hay aceleración del electrón ni emisión de radiación EM.

Electrón en movimiento en relación con un campo magnético externo

Existe un efecto macroscópico bien conocido de la precesión de una rueda giratoria, llamado efecto giroscópico. En el nivel de los electrones, este efecto puede explicarse como sigue. Bajo la influencia del campo magnético externo, el electrón se alinea con su momento dipolar magnético y por ello una pequeña cantidad de la energía cinética se convierte en radiación EM. Esto es lo que observamos. Al emitir fotones, el electrón se desalinea de nuevo. El momento de los fotones tiene que ser compensado por el movimiento del electrón y por esto el electrón se desvía de su trayectoria recta. Una vez desalineado el juego comienza una y otra vez. La trayectoria resultante no es sólo una trayectoria en espiral que dura hasta que el electrón está en reposo con el campo magnético externo y ha agotado su energía cinética, sino que la trayectoria en detalle está hecha de rodajas de mandarina.