Rabi és mágneses rezonancia
által Alaina G. Levine
Isidor Isaac Rabi
Isidor Isaac Rabi (1898-1988) elnyerte a fizikai Nobel-Díj 1944-ben egy “rezonancia módszer kifejlesztéséért az atommagok mágneses tulajdonságainak rögzítésére”. A Columbia Egyetemen végzett kiterjedt kutatása az atommagokat összetartó erő természetének vizsgálatáról a molekuláris sugár mágneses-rezonancia detektálási módszer létrehozásához vezetett. Ennek a rendszernek a segítségével a fizikusok végre képesek voltak észlelni és mérni az atommagok mágneses momentumait. “Az ezzel a módszerrel végzett pontos mérések lehetővé tették az olyan későbbi alkalmazásokat, mint az atomóra…és a lézer, valamint a diagnosztikai gyógyászatban használt magmágneses rezonancia képalkotás.. Rabi módszere gyakorlatilag minden molekuláris és atomnyaláb-kísérlet központi technikáját biztosította.”1
Rabi született Raymanov, Ausztria, július 29, 1898. 1919-ben végzett a Cornell Egyetemen kémiai alapképzéssel, Ph. D. fizikából a Columbia Egyetemen 1927-ben. Munkája a kristályok mágneses tulajdonságaira összpontosított, és két évet töltött Európában, különböző időpontokban együttműködve a nap néhány nagy tudósával, köztük Arnold Sommerfeld, Niels Bohr, Wolfgang Pauli, Otto Stern és Werner Heisenberg. 1929-ben visszatérve Rabi-t az elméleti fizika oktatójává nevezték ki Columbia Egyetem, kevesebb mint 10 év alatt pedig rendes professzori rangra emelkedett.
az 1930-as években a fizikusok tudták, hogy az atommag kétféle részecskéből áll, pozitív töltésű protonokból és semleges részecskékből, amelyeket neutronoknak neveznek. A magot körülvevő negatív töltésű elektronok felhője. A fizikusok felfedezték, hogy az elektronok, protonok és neutronok úgy viselkednek, mintha a tengelyük körül forognának. Ez egy spin-szögimpulzus nevű tulajdonságot eredményez, amely mágneses mezőt és egy kapcsolódó “mágneses Momentumot” hoz létre, amelyben a részecskék úgy viselkednek, mint az északi és Déli pólusú apró rúdmágnesek. Erős külső mágneses mezőbe helyezve a mag “mágneses pillanata” hajlamos a külső mezőhöz vagy ahhoz igazodni, ahogyan a szokásos rúdmágnesek viselkedését figyeljük. 2
Rabi azt jósolta, hogy az atommagok mágneses momentumai indukálhatók mágneses orientációjuk megfordítására, ha megfelelő frekvenciájú elektromágneses hullámból vesznek fel energiát. Ugyanannyi energiát bocsátanak ki, amikor visszaesnek az alacsonyabb energia-orientációba, és Rabi képes lenne észlelni ezt az átmenetet az egyik energiaállapotból a másikba. Ezt a módszert molekuláris sugár mágneses rezonanciának nevezte.
Rabi kísérletei során egy lítium-klorid molekulasugarat engedtek át egy vákuumkamrán, és manipulálták a nyalábot különböző mágneses mezőkkel. A magok mágneses momentumainak megfordításához rádióhullámokban fürdette a molekuláris nyalábot, miközben megváltoztatta a mágneses tér erősségét. A különböző rádióhullámok használatát Cornelius J. Gorter holland fizikus javasolta.3
a külső mágneses mező és a rádiófrekvencia beállításával valójában képes volt megfigyelni a mágneses rezonancia abszorpcióját. Az atommagok mágneses momentuma megváltoztatta az irányt, és mivel minden atomnak vagy molekulának van egy jellegzetes rezonanciafrekvenciája, Rabi rájött, hogy különböző molekulákban számos rezonanciát képes kimutatni, amelyek felhasználhatók az atom vagy molekula típusának azonosítására, és végül részletesebben megadják a molekuláris szerkezetet.4
1946-ban Edward Purcell és Felix Bloch egymástól függetlenül megtalálták a módját, hogy tanulmányozzák az atomok és molekulák mágneses rezonancia tulajdonságait szilárd anyagokban és folyadékokban, az egyes atomok vagy molekulák helyett, mint Rabi molekuláris sugár módszerében. Később a magmágneses rezonanciát tovább fejlesztették a képalkotó technikává, amelyet ma már általánosan használnak az orvosi diagnózishoz. Az első képek az 1970-es évek elején készültek, az első élő emberi alany pedig 1977-ben készült. Az MRI gépek az 1980-as években váltak kereskedelmi forgalomba, és ma már általánosan használják a belső testszerkezetek, különösen a lágy szövetek, például az agy képalkotására.
röviddel 1988 januárjában bekövetkezett halála előtt Rabi-t egy MRI gépben ábrázolták. “Hátborzongató volt. Láttam magam abban a gépben” – mondta. “Soha nem gondoltam volna, hogy a munkám erre fog jönni.”
míg Rabi legnagyobb öröksége a mágneses rezonancia felfedezése, mint az atomok belsejének és azonosításának módja, a radar fejlesztésében is segített, létrehozta a CERN, Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet koncepcióját Genfben, Svájcban (és ma a világ legnagyobb részecskefizikai laboratóriuma), és mint az egyik alapítója a Brookhaven Nemzeti laboratóriumnak, Uptonban, New Yorkban.5
Copyright 6 Alaina G. Levine, 2008.
1 “Isidor Isaac Rabi.”Encyclopedia Enterprises Britannica. 2008. 29 augusztus. 2008. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/487952/Isidor-Isaac-Rabi.
2 “életmentő ablak az elmére és a testre: a mágneses rezonancia képalkotás fejlődése”, a felfedezésen túl, a Nemzeti akadémiák.
3 ugyanott.
4 “Isidor Rabi: tudósok és polgárok”, John S. Rigden, APS News, 1998.július.
5 ‘ Isidor Isaac Rabi.”Encyclopedia Enterprises Britannica. 2008. Encyclopedia Britannica Online. 02 szept. 2008.
