Larmorpräzession

Larmorpräzession bezeichnet die kreisförmige Prezession des magnetischen Moments μ eines geladenen Teilchens oder eines Spins in einem äußeren statischen Magnetfeld B. Die Präzession entsteht durch das Drehmoment τ = μ × B, das den Drehimpulsvektor um das Feld drehen lässt. In der klassischen Beschreibung bleibt der Betrag von μ konstant, während sich seine Richtung um B herum mit der Larmorfrequenz ω_L dreht. Die Frequenz ist ω_L = γ B, wobei γ die Gyromagnetik des Teilchens ist; ihr Vorzeichen bestimmt die Richtung der Präzession.

In der Quantenmechanik wird der Spin durch den Hamiltonian H = - μ · B beschrieben. Die zeitliche Entwicklung führt zu einer kohärenten Rotation der Erwartungswerte der Spinoperatoren um das Feld mit derselben Larmorfrequenz. Für unterschiedliche Teilchenarten (z. B. Protonen, Elektronen) unterscheiden sich γ-Werte, wodurch sich charakteristische Larmorfrequenzen ergeben, die direkt proportional zur Feldstärke sind.

Anwendungen der Larmorpräzession finden sich in der Kernspinresonanz (NMR), der Magnetresonanztomographie (MRI), der Elektronenspinresonanz (ESR/EPR) sowie in der Präzisionsmesstechnik und der Quanteninformation. In NMR und MRI dient die Messung der Larmorfrequenz zur Feldbestimmung, Strukturaufklärung und Bildgebung. Inhomogene Felder oder Wechselwirkungen mit Umgebungsfeldern führen zu Dephasing und Relaxation (T2 bzw. T1), wodurch die Kohärenz der Präzession verloren geht.