Rabi y Resonancia Magnética
Por Alaina G. Levine
Isidor Isaac Rabi
Isidor Isaac Rabi (1898-1988) fue galardonado con el premio Premio Nobel de Física en 1944 por desarrollar un «método de resonancia para registrar las propiedades magnéticas de los núcleos atómicos». Su extensa investigación en la Universidad de Columbia sobre la naturaleza de la fuerza que mantiene unidos a los núcleos atómicos llevó a la creación del método de detección de resonancia magnética de haz molecular. Usando este sistema, los físicos fueron finalmente capaces de detectar y medir momentos magnéticos de los núcleos. «Las mediciones precisas obtenidas por este método hicieron posibles aplicaciones posteriores como el reloj atómico…y el láser, así como la resonancia magnética nuclear utilizada en medicina de diagnóstico.. El método de Rabi proporcionó la técnica central para prácticamente toda la experimentación con haces moleculares y atómicos.»1
Rabi nació en Raymanov, Austria, el 29 de julio de 1898. Se graduó de la Universidad de Cornell con una Licenciatura en Química en 1919, y recibió su doctorado. en Física de la Universidad de Columbia en 1927. Su trabajo se centró en las propiedades magnéticas de los cristales, y lo llevó a pasar dos años trabajando en Europa, colaborando en diferentes momentos con algunos de los grandes científicos de la época, incluidos Arnold Sommerfeld, Niels Bohr, Wolfgang Pauli, Otto Stern y Werner Heisenberg. A su regreso en 1929, Rabi fue nombrado profesor de Física Teórica en la Universidad de Columbia, y en menos de 10 años, ascendió al rango de profesor titular.
En la década de 1930, los físicos sabían que el núcleo atómico se compone de dos tipos de partículas, protones cargados positivamente y partículas neutras llamadas neutrones. Alrededor del núcleo hay una nube de electrones cargados negativamente. Los físicos habían descubierto que los electrones, protones y neutrones se comportan como si estuvieran girando alrededor de sus ejes. Esto resulta en una propiedad llamada momento angular de espín, que genera un campo magnético y un «momento magnético» asociado, en el que las partículas actúan como pequeñas barras magnéticas con polos norte y sur. Cuando se coloca en un campo magnético externo fuerte, el» momento magnético » de un núcleo tiende a alinearse con o contra el campo externo, al igual que observamos el comportamiento de los imanes de barra ordinarios. 2
Rabi predijo que los momentos magnéticos de los núcleos podrían ser inducidos a cambiar su orientación magnética si absorbían energía de una onda electromagnética de la frecuencia correcta. También emitirían esta misma cantidad de energía al volver a la orientación de energía inferior, y Rabi sería capaz de detectar esta transición de un estado de energía al otro. Llamó a este método resonancia magnética de haz molecular.
Los experimentos de Rabi implicaron pasar un haz de moléculas de cloruro de litio a través de una cámara de vacío y manipular el haz con diferentes campos magnéticos. Para provocar que los momentos magnéticos de los núcleos se voltearan, bañó el haz molecular en ondas de radio mientras variaba la intensidad del campo magnético. Este uso de ondas de radio variables fue sugerido por el físico holandés Cornelius J. Gorter.3
Ajustando el campo magnético externo y la radiofrecuencia, de hecho pudo observar la absorción de resonancia magnética. El momento magnético de los núcleos cambió de dirección, y dado que cada átomo o molécula tiene un patrón característico de frecuencias de resonancia, Rabi se dio cuenta de que podía detectar una serie de resonancias en diferentes moléculas que podrían usarse para identificar el tipo de átomo o molécula y, en última instancia, dar más detalles a la estructura molecular.4
En 1946 Edward Purcell y Felix Bloch encontraron de forma independiente una forma de estudiar las propiedades de resonancia magnética de átomos y moléculas en sólidos y líquidos, en lugar de átomos o moléculas individuales como en el método de haz molecular de Rabi. Más tarde, la resonancia magnética nuclear se desarrolló aún más en la técnica de imágenes que ahora se usa comúnmente para el diagnóstico médico. Las primeras imágenes fueron producidas a principios de la década de 1970, y el primer sujeto humano vivo fue fotografiado en 1977. Las máquinas de resonancia magnética se comercializaron en la década de 1980, y ahora se usan comúnmente para obtener imágenes de las estructuras internas del cuerpo, especialmente de los tejidos blandos como el cerebro.
Poco antes de morir en enero de 1988, Rabi fue fotografiado en una máquina de resonancia magnética. «Fue espeluznante. Me vi a mí mismo en esa máquina», dijo. «Nunca pensé que mi trabajo llegaría a esto.»
Mientras que el mayor legado de Rabi es el descubrimiento de la resonancia magnética como forma de ver el interior e identificar átomos, también se le atribuye la ayuda en el desarrollo del radar, creando el concepto del CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear en Ginebra, Suiza (y ahora el laboratorio de física de partículas más grande del mundo), y como uno de los fundadores del Laboratorio Nacional Brookhaven, en Upton, NY.5
Copyright © Alaina G. Levine, 2008.
1 «Isidor Isaac Rabi.»Encyclopædia Britannica. 2008. 29 de agosto 2008. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/487952/Isidor-Isaac-Rabi.
2 «A Life-Saving Window on the Mind and Body: the Development of Magnetic Resonance Imaging», Más allá del descubrimiento, Las Academias Nacionales.
3 Ibíd.
4 «Isidor Rabi: Scientists and Citizen», por John S. Rigden, APS News, julio de 1998.
5 ‘ Isidor Isaac Rabi.»Encyclopædia Britannica. 2008. Encyclopædia Britannica Online. 02 Sep. 2008.
