Zusammengestellt im Juli 2009 von Tobias Körner.

Thesis (doctoral)--Universität Leipzig, 1914. / Vita. Includes bibliographical references (p. [7]-8).

The traditional explanation of the Stern-Gerlach effect carries with it several very subtle assumptions and approximations. We point out the degree to which this fact has affected the way we practice and interpret modern physics. In order to gain a more complete understanding of the Stern-Gerlach effect beyond the standard approximations and assumptions it typically carries, we introduce the inhomogeneous Stern-Gerlach effect in which the strong uniform field component is removed. This change allows us to easily identify precession as a critical concept. It also provides us with a means by which to study precession and analyze it critically. By applying and comparing several mathematical techniques to this problem we gain insight into the applicability of precession arguments and the role of standard approximations and assumptions in both analytic derivation and interpretation. This approach also allows for a more general discussion regarding the use of representations in physics and teaching.

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We analyze a coincidence Stern-Gerlach measurement often discussed in connection with the derivation and illustration of Bell's theorem. The treatment is based on our recent analysis of the original Stern-Gerlach experiment (PCCP, 14, 1677‐1684 (2012)), where it is concluded that it is necessary to include a spin relaxation process to account for the experimental observations. We consider two limiting cases of a coincidence measurement using both an analytical and a numerical description. In on limit relaxation effects are neglected. In this case the correlation between the two spins present in the initial state is conserved during the passage through the magnets. However, at exit the z coordinate along the magnetic field gradient is randomly distributed between the two extreme values. In the other limit T2 relaxation is assumed to be fast relative to the time of flight through the magnet. In this case the z coordinate takes one of two possible values as observed in the original Stern‐Gerlach experiment. Due to the presence of a relaxation process involving transfer of angular momentum between particle and magnet the initially entangled spin state changes character leading to a loss of correlation between the two spins. In the original derivations of Bell's theorem based on a coincidence Stern‐Gerlach setup one assumes both a perfect correlation between the spins and only two possible values for the z‐coordinate on exit. According to the present calculations one can satisfy either of these conditions but not both simultaneously.

I derive and apply quantum propagator techniques to atomic and condensed matter systems. I observe many interesting features by following the evolution of a wavepacket. In atomic systems, I revisit the Stern-Gerlach effect and study the spin dynamics inside an inhomogeneous magnetic field. The results I obtained are not exactly the same as the textbook description of the effect which is usually a manifestation of a perfect space and spin entanglement. This discovery can provide insight on more reliable quantum computation device designs. In condensed matter systems, the doping concentration inhomogeneity leads to the Rashba spin-orbit interaction. This makes it possible to control the spin without the external magnetic field. By propagating the wave packet in systems exhibiting Rashba spin-orbit interactions, I discover several features such as spin separation, spin accumulation, persistent spin-helix, and ripple formation.

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: In the current design of the high temperature gas cooled reactor, a small fraction of coated fuel particles will be defective. Hence, 110Ag may be released from the fuel spheres into the coolant gas (helium) and plate out on the cooler surfaces of the main power system. This poses a radiation risk to operating personnel as well as general public. The objectives of this thesis were to design and construct an apparatus in which silver-109 atoms may be produced and deflected in an inhomogeneous and homogeneous magnetic field, compare experimental and theoretical results, and make a recommendation based on the findings of this thesis to the idea of removing silver-110 atoms from the helium fluid by deflecting them with an inhomogeneous magnetic field onto target plates situated on the inner perimeter of a helium pipe. The experimental results for the deflection of the collimated Ag- atoms with the round-hole collimators showed a deflection of 1.77° and 2.05° of the Ag- atoms due to an inhomogeneous magnetic field when the target plate was positioned 13 and 30 mm away from the magnet, respectively. These values were considerably greater than 0.01° and 0.02° that were calculated for the average velocity of atoms, v = 500 m/s. The case where Ag- atoms were collimated with a pair of slits and the target plate positioned 13mm away from the magnet showed the following: An inhomogeneous magnetic field changes the rectangular shape of the beam to a roughly elliptical shape. The beam of Ag- atoms was not split into two separate beams. This was caused by the beam of Ag- atoms consisting of atoms travelling at different speeds. The maximum deflection of Ag- atoms was 1.16° in the z direction and 1.12° in the x direction. These values were also significantly greater than 0.01 mm calculated at v = 500 m/s. This huge difference between the theoretical and experimental results raised a conclusion that the size of each Ag deposit depended mostly on the exposure time that was given to it. It was noticed that the beam of Ag- atoms was not split into two separate beams, in both cases. The conclusion was that the technique of removing Ag- atoms from the helium stream by means of an inhomogeneous magnetic field may not be effective. This is due to the inability of the inhomogeneous magnetic field to split the beam of Ag- atoms into two separate beams in a vacuum of ~10-5 mbar. It would be even more difficult for an inhomogeneous magnetic field to split the beam of Ag- atoms in helium, due to the Ag- atoms having a shorter mean free path in helium compared to a vacuum. / AFRIKAANSE OPSOMMING: In die huidige ontwerp van die hoë temperatuur gas afgekoelde reaktor, is 'n klein fraksie van omhulde brandstof deeltjies foutief. 110Ag kan dus vrygestel word vanaf die brandstof sfere in die verkoelingsgas (helium) wat dan op die koeler oppervlaktes van die hoofkragstelsel presipiteer. Hierdie 110Ag deeltjies hou 'n bestraling risiko vir die bedryfpersoneel sowel as vir die algemene publiek in. Die doelwitte van hierdie verhandeling is eerstens om 'n apparaat te ontwerp en konstrueer wat silwer-109 atome produseer en nie-homogene en homogene magnetiese velde deflekteer,. Tweedens om die eksperimentele en teoretiese resultate met mekaar te vergelyk. Derdens om 'n aanbeveling te maak gebasseer op die bevindinge van hierdie verhandeling rakende die verwydering van silwer-110 atome uit die helium vloeistof deur hulle met 'n nie-homogene magneetveld te deflekteer op die teikenplate binne-in 'n helium pyp. Die eksperimentele resultate vir die defleksie van die gekollimeerde Ag-atome met die ronde gat kollimators toon ‘n defleksie van 1.77° en 2.05° van die Ag-atome as gevolg van ‘n nie-homogene magneetveld wanneer die teikenplaat 13mm en 30mm, onderskeidelik, vanaf die magneet geposisioneer is. Hierdie waardes is aansienlik groter as die teoretiese defleksies van 0.01° en 0.02o wat bereken is vir ‘n gemiddelde snelheid van 500 m/s vir die atome. Die geval waar Ag-atome met 'n paar splete gekollimeer is en die teikenplaat 13 mm weg van magneet geposisioneer is, is die volgende resultate verkry: 'n nie-homogene magneetveld verander die reghoekige vorm van die bondel na 'n rowwe elliptiese vorm. Die bondel Ag-atome is nie volkome twee afsonderlike bundels verdeel nie. Dit is omdat die bondel van Ag-atome bestaan uit atome wat teen verskillende snelhede beweeg. Die maksimum defleksie van Ag-atome is 1.16° in die z-rigting en 1.12° in die x-rigting. Hierdie waardes is ook aansienlik groter as 0.01° bereken teen 500 m/s. Hierdie groot verskil tussen die teoretiese en eksperimentele resultate dui daarop dat die grootte van elke Ag neerslag grootliks afhanklik is van die blootstellingstyd wat daaraan gegee is. Daar is vasgestel dat die straal van Ag-atome in beide gevalle nie in twee afsonderlike bondels verdeel nie. Die gevolgtrekking is dat die tegniek van die verwydering van Ag-atome uit die helium stroom deur middel van 'n nie-homogene magneetveld nie effektief is nie. Dit is te wyte aan die onvermoë van die nie-homogene magneetveld om die bondel Ag-atome te verdeel in twee afsonderlike bondels in 'n vakuum van ~ 10-5 mbar. Dit sou selfs nog moeiliker vir 'n nie-homogene magnetiese veld wees om die bundel Ag-atome in helium te verdeel, weens die korter gemiddelde beskikbare pad van Ag-atome in helium wanneer dit met 'n vakuum vergelyk word.

This thesis sets on important music printer of late sixteenth century and beginning of seventeenth century, Jiří Nigrin z Nigropontu, especially on his production of music prints. First chapter analyzes present science findings about Nigrin's prints, music printing technique from its beginning to sixteenth century and production of music prints in Prague in second half of sixteenth century beyond Nigrin's printing house. Particularly, sets of initial letters, which appear in Nigrin's music prints, are analyzed. Catalog of music printing sets is also brought forward. It shows most significant attributes along with chronological arrangement. These findings are then applied for establishing which so far unknown music prints comes from Nigrin's printing office. It is possible to mark out the undated musical prints' date of creation according to time arrangement of sets of music characters. Nigrin's material for music printing is compared with abroad printing houses afterwards. It outlines probable origin of his printing equipment.

Ce travail de thèse porte sur l'étude des résonances de galerie de très haute surtension observées sur des microsphères de silice d'un diamètre voisin de 100μm. Ces résonances correspondent à des modes de propagation du champ le long d'un anneau équatonal dont les dimensions transversales sont de l'ordre de la longueur d'onde. Les pertes de ces modes guidés sont extrêmement faibles. Ils offrent donc une combinaison remarquable d'une très forte localisation du champ dans un tout petit volume et de très longs temps de vie pour les photons. Ces propriétés en font des résonateurs de choix tant pour de nombreuses applications pratiques que pour des expériences d'Électrodynamique Quantique en cavité. Le mémoire de thèse présente les propriétés de ces résonances, décrit leur observation expérimentale par spectroscopie laser et analyse quelques perspectives ouvertes par ces études en physique appliquée et fondamentale. Les possibilités d'utiliser ces modes de galerie pour asservir en phase un laser à diode ou pour fabriquer des lasers microscopiques sont envisagées. Une expérience de déflexion d'atomes froids dans l'onde évanescente associée à un mode de galerie est également étudiée. Une telle expérience devrait permettre de mettre en évidence la nature discrète de l'intensité d'un champ lumineux constitué de quelques photons et réaliser une mesure dispersive de tous petits champs optiques

Ce travail relate la construction et les premiers résultats obtenus avec un interféromètre atomique Stern-Gerlach fonctionnant avec un jet supersonique d'atomes d'argon métastable, de moment angulaire 2, préparé et sélectionné en spin par lasers. Ses performances sont comparées à celles d'un interféromètre du même type fonctionnant avec un jet hyperthermique d'atomes d'hydrogène métastable, de moment angulaire 1. Pour réaliser un interféromètre Stern-Gerlach, il faut disposer d'une enceinte à vide traversée par un jet d'atomes polarisés puis analysés en spin après une évolution dans une zone de champ magnétique bien contrôlé. Ceci est réalisé par l'usage de diodes lasers asservies sur des raies atomiques associées à une optique fibrée. Les transitions choisies étaient fixées autour de 812 nm en polarisation sigma et 801 nm en polarisation pi. La zone de champ magnétique du coeur de l'interféromètre est réalisée par un circuit magnétique centré sur l'axe du jet atomique, protégé par un blindage magnétique. En employant un détecteur sensible à la position, nous avons mis en évidence la grande sensibilité de ce dispositif lorsqu'on emploie un jet supersonique à la place d'un jet effusif. Le signal interférométrique dépend alors bien plus finement des détails du profil magnétique. Cette propriété est mise en évidence par l'apparition dans les figures d'interférences de structures inattendues liées aux effets de phase géométrique traduisants l'évolution du spin 2 dans un champ magnétique conique. Ces résultats permettent de guider la réflexion sur l'application de cet interféromètre, tant vers des expériences visant la nanolithographie, qu'à des études plus fondamentales sur les phases quantiques, prolongeant les études déjà réalisées sur l'hydrogène.