Relaxationstiderna

Relaxationstiderna, eller relaxationstider, är tidsskalor som beskriver hur snabbt ett system återgår till jämvikt efter en störning. De är centrala i fysik, kemi och biologi och karakteriserar hur olika processer övergår från ett icke-jämt tillstånd till ett jämviktsläge. I förenklade modeller följer avslappningen ofta en exponentialfunktion med en dominerande relaxationstid τ (tau). En enkel exponentiell avslappning kan skrivas som x(t) = x∞ + (x0 − x∞) exp(−t/τ). I mer komplexa material uppträder fördelningar av relaxationstider, vilket kräver mer avancerade modeller.

Vanliga sammanhang inkluderar spinrelaxation i NMR och MRI, där T1 (långsiktig) och T2 (transversal) beskriver hur magnetisering återgår till jämvikt efter excitation. Dielektrisk relaxation beskriver hur den komplexa permittiviteten ε*(ω) speglar molekylär omorientering och där relaxationstiden τ kopplas till molekylär rörlighet. Termisk relaxation behandlar hur temperaturen återgår efter ett störning; ofta beskrivs tiden som τ = C/G för ett system med värmekapacitet C och termisk ledningsförmåga G. Relaxation av laddningsbärare och fononer i fasta ämnen samt kemisk relaxation i reaktiva system är andra viktiga sammanhang.

Mätningar och modellering: Relaxationstider bestäms med tekniker som pump-probe, transient absorption, dielektrisk spektroskopi och kalorimetriska metoder. I komplexa material uppträder ofta en bred distribution av τ, vilket ger icke-exponentiell avslappning och kan beskrivas med stretchade exponentier eller Havriliak–Nagami-modeller.

Användningen av relaxationstiderna är central för att förstå dynamik, svarstider och stabilitet i många discipliner och möjliggör jämförelser mellan material och processer.