Rabi e Risonanza Magnetica
Da Alaina G. Levine
Isidor Isaac Rabi
Isidor Isaac Rabi (1898-1988) è stato assegnato il Premio Nobel per la Fisica nel 1944 per lo sviluppo di un “metodo di risonanza per la registrazione delle proprietà magnetiche dei nuclei atomici”. La sua vasta ricerca alla Columbia University sulle indagini sulla natura della forza che tiene insieme i nuclei atomici ha portato alla creazione del metodo di rilevamento della risonanza magnetica a fascio molecolare. Usando questo sistema, i fisici sono stati finalmente in grado di rilevare e misurare i momenti magnetici dei nuclei. “Le misurazioni precise ottenute da questo metodo hanno reso possibili applicazioni successive come l’orologio atomico…e il laser, così come la risonanza magnetica nucleare utilizzata nella medicina diagnostica.. Il metodo di Rabi ha fornito la tecnica centrale per praticamente tutta la sperimentazione di fasci molecolari e atomici.”1
Rabi è nato a Raymanov, Austria, il 29 luglio 1898. Si è laureato alla Cornell University con una laurea in Chimica nel 1919, e ha ricevuto il suo Ph. D. in Fisica presso la Columbia University nel 1927. Il suo lavoro si concentrò sulle proprietà magnetiche dei cristalli e lo portò a trascorrere due anni di lavoro in Europa, collaborando in momenti diversi con alcuni dei grandi scienziati dell’epoca tra cui Arnold Sommerfeld, Niels Bohr, Wolfgang Pauli, Otto Stern e Werner Heisenberg. Al suo ritorno nel 1929, Rabi è stato nominato docente di Fisica teorica presso la Columbia University, e in meno di 10 anni, è salito al rango di professore ordinario.
Nel 1930, i fisici sapevano che il nucleo atomico è composto da due tipi di particelle, protoni caricati positivamente e particelle neutre chiamate neutroni. Intorno al nucleo c’è una nuvola di elettroni caricati negativamente. I fisici avevano scoperto che elettroni, protoni e neutroni si comportano come se girassero attorno ai loro assi. Ciò si traduce in una proprietà chiamata momento angolare di spin, che genera un campo magnetico e un “momento magnetico” associato, in cui le particelle agiscono come minuscoli magneti a barre con poli nord e sud. Quando si trova in un forte campo magnetico esterno, il” momento magnetico ” di un nucleo tende ad allinearsi con o contro il campo esterno, proprio come osserviamo i normali magneti a barre. 2
Rabi predisse che i momenti magnetici dei nuclei potevano essere indotti a capovolgere il loro orientamento magnetico se assorbivano energia da un’onda elettromagnetica della giusta frequenza. Emetterebbero anche questa stessa quantità di energia nel ricadere nell’orientamento energetico inferiore, e Rabi sarebbe in grado di rilevare questa transizione da uno stato energetico all’altro. Ha chiamato questo metodo molecular beam risonanza magnetica.
Gli esperimenti di Rabi prevedevano il passaggio di un fascio di molecole di cloruro di litio attraverso una camera a vuoto e la manipolazione del fascio con diversi campi magnetici. Per provocare i momenti magnetici dei nuclei di capovolgere, ha bagnato il fascio molecolare in onde radio variando l’intensità del campo magnetico. Questo uso di onde radio variabili è stato suggerito dal fisico olandese Cornelius J. Gorter.3
Regolando il campo magnetico esterno e la radiofrequenza, è stato infatti in grado di osservare l’assorbimento della risonanza magnetica. Il momento magnetico dei nuclei ha cambiato direzione, e poiché ogni atomo o molecola ha un modello caratteristico di frequenze di risonanza, Rabi si rese conto che poteva rilevare una serie di risonanze in diverse molecole che potevano essere utilizzate per identificare il tipo di atomo o molecola e, infine, dare maggiori dettagli nella struttura molecolare.4
Nel 1946 Edward Purcell e Felix Bloch trovarono in modo indipendente un modo per studiare le proprietà di risonanza magnetica di atomi e molecole in solidi e liquidi, invece di singoli atomi o molecole come nel metodo del fascio molecolare di Rabi. Successivamente, la risonanza magnetica nucleare è stata ulteriormente sviluppata nella tecnica di imaging che ora viene comunemente utilizzata per la diagnosi medica. Le prime immagini sono state prodotte nei primi anni 1970, e il primo soggetto umano vivo è stato ripreso nel 1977. Macchine MRI è diventato disponibile in commercio nel 1980, e sono ora comunemente utilizzati per l’imaging strutture interne del corpo, in particolare i tessuti molli come il cervello.
Poco prima di morire nel gennaio del 1988, Rabi è stato ripreso in una macchina MRI. “Era inquietante. Mi sono visto in quella macchina”, ha detto. “Non avrei mai pensato che il mio lavoro sarebbe arrivato a questo.”
Mentre Rabi il lascito più importante è la scoperta di risonanza magnetica modo di vedere all’interno e di identificare gli atomi, egli è anche accreditato con contribuendo allo sviluppo di radar, di creare il concetto del CERN, l’Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare a Ginevra, in Svizzera (e ora il mondo è più grande laboratorio di fisica delle particelle), e come uno dei fondatori del Laboratorio Nazionale di Brookhaven, in Upton, new york.5
Copyright © Alaina G. Levine, 2008.
1 “Isidor Isaac Rabi.”Encyclopædia Britannica. 2008. 29 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,” Beyond Discovery, The National Academies.
3 Ibid.
4 “Isidor Rabi: Scientists and Citizen,” di John S. Rigden, APS News, luglio 1998.
5 ‘ Isidor Isaac Rabi.”Encyclopædia Britannica. 2008. Encyclopædia Britannica Online. 02 Settembre. 2008.
