Reformulating the NMR Quantum Mechanics Fundamental Aspects: Spin 1/2 Evolution in Magnetic Field Gradients

Magnetization of a spin1/2 set is determined by means of their individual wave function. The theoretical treatment based on the fundamental axioms of quantum mechanics and solving explicitly Schr\"odinger equation gives the evolution of spin1/2 system driven by magnetic fields. In this work we consider the energy of the spin system interacting with magnetic fields and all the other parts of the energy as a constant reservoir. Solving this complete Hamiltonian can explain the measured sign change of nuclear spin noise spectra compared to conventional NMR experiments and the possibility to make NMR images without radio frequency magnetic fields. The possibility to make NMR images without RF magnetic fields is an indication that entangled spin1/2 states can be manipulated by magnetic field gradients, opening a new way to perform quantum computation by NMR.Comment: 27 pages. arXiv admin note: text overlap with arXiv:1504.0488

Nuclear spin interferences in bulk water at room temperature

Nuclear spin interference effects generated in a macroscopic sample of 10ml degassed water are detected in a simple NMR experiment. A \pi/2 - \tau - \pi/2 RF double pulse sequence (Ramsey sequence) is applied to the water sample immersed in a static magnetic field B0 " 4.7T. For a homogeneity of B0 of the order of \Delta B0/B0 = 2 . 10^{-8}, the nuclear spin interference term is controlled with a maximum relative deviation of 9.7 %. These results are a first step to manipulation of nuclear spin coherence of water molecules

Mathematical Derivation of Angular Momenta in Quantum Physics

ABSTRACT For a two-dimensional complex vector space, the spin matrices can be calculated directly from the angular momentum commutator definition. The 3 Pauli matrices are retrieved and 23 other triplet solutions are found. In the three-dimensional space, we show that no matrix fulfills the spin equations and preserves the norm of the vectors. By using a Clifford geometric algebra it is possible in the four-dimensional spacetime (STA) to retrieve the 24 different spins 1/2. In this framework, spins 1/2 are rotations characterized by multivectors composed of 3 vectors and 3 bivectors. Spins 1 can be defined as rotations characterized by 4 vectors, 6 bivectors and 4 trivectors which result in unit multivectors which preserve the norm. Let us note that this simple derivation retrieves the main spin properties of particle physics

Relaxation magnetique des protons : applications aux phenomenes d'echange et de polarisation dynamique en biologie

SIGLECNRS T Bordereau / INIST-CNRS - Institut de l'Information Scientifique et TechniqueFRFranc

L'intégration fonctionnelle cérébrale (Concepts et méthodes)

STRASBOURG-Medecine (674822101) / SudocSudocFranceF

Résonance magnétique nucléaire du Xénon 129 polarisé pour des applications biomédicales ou dans des systèmes à faible densité de spins

La recherche biomédicale par résonance magnétique nucléaire (RMN) s'est vue ouvrir de nouvelles perspectives avec l'utilisation des gaz nobles hyperpolarisés (Hélium et Xénon). Leur polarisation nucléaire peut être augmentée par la méthode de pompage optique, qui été mise en œuvre pendant le travail de thèse. Le gain en polarisation, pouvant aller jusqu'à cinq ordres de grandeurs, est directement répercuté sur le signal de RMN. Un tel gain de signal promet une augmentation de sensibilité qui élargit considérablement le champ des applications de l'imagerie et de la spectroscopie par RMN.Des études de faisabilité pour des applications du Xénon hyperpolarisé sont en cours pour deux domaines d'expériences. Le premier porte sur l'étude de certaines maladies neurodégénératives, comme les maladies démyélinisantes. En effet, le Xénon est un gaz qui se concentre dans les tissus riches en lipides tels que ceux du système nerveux central. Mais pour conserver assez de signal, il faut que le transport jusqu'à l'organe cible préserve autant que possible l'hyperpolarisation (distance courte et vectorisation du Xénon). Une séquence de RMN à fort rapport signal à bruit a été mise en œuvre pour l'étude du Xénon non hyperpolarisé dans les vecteurs biocompatibles pressentis : la séquence Steady State Free Precession. Cette séquence permet d'obtenir les paramètres importants de RMN avant l'utilisation du Xénon hyperpolarisé. On simplifie ainsi les protocoles d'expériences. La deuxième voie de recherche prévue est l'imagerie du Xénon hyperpolarisé, pour essayer de visualiser les déformations des mousses aqueuses en trois dimensions. En effet, la structure de celles-ci permet d'élaborer des modèles expérimentaux des matériaux granulaires.Les résultats obtenus faciliteront l'utilisation du Xénon hyperpolarisé comme traceur des milieux biologiques et des systèmes physiques peu denses.Hyperpolarized noble gases (helium and xenon) have shown new directions in nuclear magnetic resonance (NMR) biomedical research. The nuclear polarization can be increased by spin-exchange optical pumping, whose implementation was part of the thesis work. The polarization gain, up to five orders, is directly seen on the NMR signal. This lead to an increase of sensitivity therefore broadening the field of NMR imaging and spectroscopy applications.Two hyperpolarized xenon applications feasability studies are currently running. The first concerns the study of neurodegenerative deseases, like demyelinisating pathology. One of the properties of the gaseous Xenon is to concentrate on lipidic tissues, like those of the central nervous system. An efficient method to deliver the gas while maintaining the high level of polarization is to use carrier agents. The steady state free precession sequence have been implemented for non-hyperpolarized xenon studies on bio-compatible carriers. The main NMR parameters can then be known prior to hyperpolarized xenon experiments. Thus, time and hyperpolarized xenon are saved. The second feasability study is on hyperpolarized xenon three dimensions imaging on aqueous bubbles under constraints, because their structures allow experiemental modeling of granular materials. Results will make easier the use of hyperpolarized xenon as biological and diluted physical systems tracer.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

DEVELOPPEMENT D'UNE METHODE D'IMAGERIE SPIRALE SUR UN AIMANT 2T. APPLICATION A L'IMAGERIE SPECTROSCOPIQUE

LES METHODES D'IMAGERIE RAPIDE FONT ACTUELLEMENT L'OBJET DE DEVELOPPEMENTS IMPORTANTS DANS LA MESURE OU ELLES SONT DEVENUES INDISPENSABLES POUR DE NOMBREUSES APPLICATIONS CLINIQUES. PARMI LES METHODES D'IMAGERIE RAPIDE EXISTANTES, LA METHODE D'IMAGERIE SPIRALE QUI UTILISE DES GRADIENTS OSCILLANT PENDANT L'ACQUISITION, N'A JUSQU'A PRESENT QUE PEU ETE UTILISEE EN IMAGERIE CLINIQUE. CETTE METHODE POSSEDE NEANMOINS UN CERTAIN NOMBRE DE PROPRIETES PHYSIQUES INTERESSANTES QUI LA RENDENT AVANTAGEUSE, COMPAREE A L'IMAGERIE ECHO PLANAR TRADITIONNELLEMENT UTILISEE EN IMAGERIE RAPIDE, PRINCIPALEMENT POUR LES APPLICATIONS SENSIBLES AUX MOUVEMENTS. L'OBSTACLE MAJEUR A UNE UTILISATION EN ROUTINE EST LIE A LA COMPLEXITE DE LA STRUCTURE DE LA METHODE D'IMAGERIE SPIRALE AINSI QU'AUX DIFFICULTES TECHNIQUES POSEES PAR L'APPLICATION DE GRADIENTS OSCILLANT PENDANT L'ACQUISITION. CETTE THESE EST UNE THESE DE DEVELOPPEMENT METHODOLOGIQUE QUI A POUR BUT LA MISE EN UVRE D'UNE METHODE D'IMAGERIE SPIRALE COMPATIBLE AVEC LES DIFFERENTS SYSTEMES D'ACQUISITION BRUKER ET FACILEMENT ADAPTABLE SUR UN ENSEMBLE DE SYSTEMES DE GRADIENTS BRUKER. POUR CELA, NOUS AVONS TOUT D'ABORD REALISE UNE SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE QUI NOUS A PERMIS D'ADOPTER UNE STRATEGIE ROBUSTE, D'ECHANTILLONNAGE ET DE RECONSTRUCTION DES IMAGES SPIRALES. NOUS AVONS ENSUITE DEVELOPPE UN LOGICIEL INTEGRANT L'ENSEMBLE DES ETAPES D'ACQUISITION ET DE RECONSTRUCTION DES IMAGES SPIRALES, LOGICIEL ASSOCIE A LA METHODE D'IMAGERIE SPIRALE IMPLANTEE SOUS LE LOGICIEL D'EXPLOITATION PARAVISION DE BRUKER. NOUS PRESENTONS EGALEMENT LES RESULTATS PRELIMINAIRES OBTENUS LORS DE LA PHASE DE VALIDATION DU LOGICIEL SUR OBJETS TESTS ET IN VIVO. POUR FINIR, NOUS AVONS APPLIQUE LE PRINCIPE DE L'IMAGERIE SPIRALE A L'IMAGERIE SPECTROSCOPIQUE, CE QUI NOUS A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LES POTENTIALITES DE NOTRE LOGICIEL ET DE NOTRE METHODE D'IMAGERIE SPIRALE.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF