ＮＭＲ信号とは何か？（１１）

Spin Noise
The issue of the enhancement in the radiation field caused by a high-Q circuit arose once again in the measurement of NMR spin noise by Sleator and co-workers (13, 14). Bloch, in his original full paper on nuclear induction (15), had remarked that in the absence of an external RF perturbation, there should be induced in a receiving coil a small noise voltage proportional to n^1/2m, where m is the nuclear magnetic moment. Classically, this can be considered to be caused by the Brownian motion of the rotating frame magnetization. The bulk equilibrium nuclear magnetic moment vector executes a stochastic trajectory about, but very close to, the z axis, mapping out with time a Rayleigh distribution in its projection on the rotating frame xy plane.
The correlation time of the transverse component is, of course, T2, the transverse relaxation time, and transverse component induces in the receiving coil a voltage at the Larmor frequency of randomly varying amplitude and phase with correlation time T2. Sleator et al. observed spin noise at low temperature (4.2 K) with a sample in a resonant coil coupled to a SQUID detector and associated its detection with spontaneous emission enhanced by the high Q-factor (7320) of their circuit. They obtained a radiated energy that is comparable with the Nyquist noise power generated in a bandwidth of 1/paiT2 Hz. In subsequent papers, Gueron and Leroy (16) and, independently, McCoy and Ernst (17), showed that it was possible to observe the noise at room temperature. Gueon and Leroy avoided speculation on the quantum origins of the noise while McCoy and Ernst followed Sleator et al.’s lead in linking its detection to spontaneous emission.

(13) T. Sleator and E. L. Hahn, Nuclear spin-noise, Phys. Rev. Lett. 55, 1742-1745 (1985).
(14) T. Sleator, E. L. Hahn, C. Hilbert, and J. Clarke, Nuclear spin-noise and spontaneous emission, Phys. Rev. B36, 1969-1980 (1987).
(15) F. Bloch, Nuclear induction, Phys. Rev. 70, 460-474 (1946).
(16) M. Gueron and J. L. Leroy, NMR of water protons. The detection of their nuclear spin noise, and a simple determination of absolute probe sensitivity based radiation dumping, J. Magn. Reson. 85, 209-215 (1989).
(17) M. A. McCoy and R. R. Ernst, Nuclear spin noise at room temperature, Chem. Phys. Lett. 159, 587-593 (1989).

スピンノイズ
　高いＱを持つ回路により引き起こされた輻射場の増強の問題は，Sleatorとその共同研究者によるNMRスピンノイズの測定においてもう一度提起された．Blochは，彼の核の誘導（Nuclear induction）に関する最初の論文において，外部の高周波による摂動がないときには，nの1/2乗×mに比例した小さなノイズ電圧が，受信コイルに誘起されるべきことを指摘した．ここに，mは，原子核の磁気モーメントである．

　古典的には，この電圧は，回転系における磁化のブラウン運動によって引き起こされると考えられる．熱平衡の核磁気モーメントベクトル全体は，ｚ軸の非常に近いところで，ｚ軸のまわりを回るランダムな軌道を描き，回転座標系のxy面上への投影に，時間とともに，Raileigh分布を作る．

　横成分の相関時間は，もちろんT2（横緩和時間）であり，磁化の横成分は，相関時間T2で振幅と位相がランダムに変化するラーモア周波数の電圧を受信コイルに誘起する．Sleatorらは，SQUID検出器と結合した共振コイルの中のサンプルを用いて，低温（4.2 K）におけるスピンノイズを観測し，その検出を，彼らの高いＱ値（7320）を持つ回路によって増強された自然放出と関連づけた．彼らは，1/πT2のバンド幅の中で生み出されたナイキストノイズ電力と同程度の輻射エネルギーを得た．その次の論文で，GueronとLeroyは，McCoyとErnstと独立に，室温でも，そのノイズを観測できることを示した．GueronとLeroyは，そのノイズの量子力学的な起源に関する思索を避けたのに対し，McCoyとErnstは，その検出を自然放出に結びつけるというSleatorらの前例に従った．