Pupin Hall、コロンビア大学

ラビと磁気共鳴

Alaina G.Levine

Isidor Isaac Rabi

Isidor Isaac Rabi(1898-1988)は、ラビと磁気共鳴

Isidor Isaac Rabi(1898-1988)であった。1944年、”原子核の磁気特性を記録するための共鳴法”の開発によりノーベル物理学賞を受賞。コロンビア大学で原子核を保持する力の性質に関する広範な研究は、分子ビーム磁気共鳴検出法の作成につながった。このシステムを使用して、物理学者は最終的に核の磁気モーメントを検出し、測定することができました。 “この方法によって得られた正確な測定は、原子時計…とレーザーだけでなく、診断医学で使用される核磁気共鳴イメージングなどの後続のアプリケーションを可. Rabiの方法は、実質的にすべての分子および原子ビーム実験のための中心的な技術を提供しました。1

ラビは1898年7月29日にオーストリアのレイマノフで生まれた。コーネル大学を1919年に化学の学士号を取得して卒業し、博士号を取得した。 1927年にコロンビア大学で物理学を学んだ。彼の作品は結晶の磁気特性に焦点を当て、アルノルト-ゾンマーフェルト、ニールスボーア、ヴォルフガング-パウリ、オットー-スターン、ヴェルナー-ハイゼンベルクなどの当時の偉大な科学者と異なる時期に協力してヨーロッパで働いて二年間を過ごすために彼を導いた。 1929年に帰国すると、ラビはコロンビア大学の理論物理学の講師に任命され、10年以内に完全な教授のランクに上昇した。

1930年代、物理学者は原子核が2種類の粒子、正に帯電した陽子と中性子と呼ばれる中性粒子で構成されていることを知っていました。核の周囲には負に帯電した電子の雲があります。物理学者は、電子、陽子、中性子が軸の周りを回転しているかのように振る舞うことを発見しました。これにより、スピン角運動量と呼ばれる特性が得られ、磁場とそれに関連する”磁気モーメント”が生成され、粒子は北極と南極を持つ小さな棒磁石のように作用する。強い外部磁場の中に置かれたとき、核の「磁気モーメント」は、通常の棒磁石が振る舞うのを観察するのと同じように、外部磁場と整列する傾向があります。 2

ラビは、正しい周波数の電磁波からエネルギーを吸収すると、核の磁気モーメントが磁気配向を反転させるように誘導される可能性があると予測した。彼らはまた、より低いエネルギーの向きにフォールバックする際にこの同じ量のエネルギーを放出し、Rabiはあるエネルギー状態から他のエネルギー状態へのこの遷移を検出することができるでしょう。彼はこの方法を分子ビーム磁気共鳴と呼んだ。

Rabiの実験には、塩化リチウム分子のビームを真空チャンバに通し、異なる磁場でビームを操作することが含まれていました。核の磁気モーメントを反転させるために、彼は磁場の強さを変えながら電波に分子ビームを浴びた。この様々な電波の使用は、オランダの物理学者Cornelius J.Gorterによって提案されました。3

外部磁場と無線周波数を調整することにより、実際に磁気共鳴吸収を観測することができました。核の磁気モーメントは方向を変え、各原子または分子は共鳴周波数の特徴的なパターンを持っているので、ラビは原子または分子のタイプを識別し、最終的に分子構造をより詳細に与えるために使用することができる異なる分子の一連の共鳴を検出することができることに気づいた。4

1946年、エドワード-パーセルとフェリックス-ブロッホは、Rabiの分子ビーム法のように個々の原子や分子ではなく、固体や液体中の原子や分子の磁気共鳴特性を研究する方法を独自に発見した。その後、核磁気共鳴は医学診断のために今一般的であるイメージ投射技術に更に開発されました。最初の画像は1970年代初頭に制作され、最初の生きた人間の被写体は1977年に撮影されました。 MRI装置は1980年代に市販されるようになり、現在では体内構造、特に脳のような軟部組織のイメージングに一般的に使用されています。

彼が1988年1月に亡くなる直前、ラビはMRI装置で画像化された。 “それは不気味だった。私はそのマシンで自分自身を見た”と彼は言った。 “私は私の仕事がこれに来るとは思わなかった。”

ラビの最大の遺産は、内部を見て原子を識別する方法としての磁気共鳴の発見であるが、彼はまた、レーダーの開発に貢献し、スイスのジュネーブ（現在は世界最大の素粒子物理学研究所）の核研究のための欧州機関CERNの概念を作成し、ニューヨーク州アプトンのブルックヘブン国立研究所の創設者の一人としてクレジットされている。5

1″Isidor Isaac Rabi.”ブリタニカ百科事典。 2008. 29日（日） 2008. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/487952/Isidor-Isaac-Rabi.
2″心と体の命を救う窓：磁気共鳴イメージングの開発”発見を超えて、国立アカデミー。
3同上。
4″Isidor Rabi:Scientists and Citizen,”By John S.Rigden,APS News,July1998.
5’Isidor Isaac Rabi.”ブリタニカ百科事典。 2008. ブリタニカ百科事典オンライン。 02Sep. 2008.