Rabi och magnetisk resonans
av Alaina G. Levine
Isidor Isaac Rabi
Isidor Isaac Rabi (1898-1988) tilldelades Nobelpriset för fysik 1944 för att utveckla en ”resonansmetod för registrering av atomkärnans magnetiska egenskaper”. Hans omfattande forskning vid Columbia University om undersökningar av arten av den kraft som håller atomkärnor tillsammans ledde till skapandet av molekylstråle magnetisk resonansdetekteringsmetod. Med hjälp av detta system kunde fysiker äntligen upptäcka och mäta kärnans magnetiska moment. ”De exakta mätningarna som gavs med denna metod möjliggjorde sådana efterföljande tillämpningar som atomklockan…och lasern, liksom kärnmagnetisk resonansavbildning som används i diagnostisk medicin.. Rabis metod gav den centrala tekniken för praktiskt taget alla molekylära och atomstråleexperiment.”1
Rabi föddes i Raymanov, Österrike, den 29 juli 1898. Han tog examen från Cornell University med en kandidatexamen i kemi 1919 och fick sin doktorsexamen. i fysik Från Columbia University 1927. Hans arbete fokuserade på kristallernas magnetiska egenskaper och ledde honom att tillbringa två år i Europa och samarbetade vid olika tidpunkter med några av dagens stora forskare inklusive Arnold Sommerfeld, Niels Bohr, Wolfgang Pauli, Otto Stern och Werner Heisenberg. Vid sin återkomst 1929 utsågs Rabi till lektor i teoretisk fysik vid Columbia University, och på mindre än 10 år steg han till rang som professor.
på 1930-talet visste fysiker att atomkärnan består av två typer av partiklar, positivt laddade protoner och neutrala partiklar som kallas neutroner. Omgivande kärnan är ett moln av negativt laddade elektroner. Fysiker hade upptäckt att elektroner, protoner och neutroner beter sig som om de snurrar runt sina axlar. Detta resulterar i en egenskap som kallas spinnvinkelmoment, som genererar ett magnetfält och ett associerat ”magnetiskt ögonblick”, där partiklarna fungerar som små barmagneter med Nord-och sydpoler. När det placeras i ett starkt yttre magnetfält tenderar det ”magnetiska ögonblicket” hos en kärna att anpassa sig till eller mot det yttre fältet, precis som vi observerar vanliga barmagneter att bete sig. 2
Rabi förutspådde att kärnans magnetiska moment kunde induceras att vända sin magnetiska orientering om de absorberade energi från en elektromagnetisk våg med rätt frekvens. De skulle också avge samma mängd energi när de faller tillbaka till den lägre energiorienteringen, och Rabi skulle kunna upptäcka denna övergång från ett energitillstånd till det andra. Han kallade denna metod molekylär stråle magnetisk resonans.
rabis experiment involverade att passera en stråle av litiumkloridmolekyler genom en vakuumkammare och manipulera strålen med olika magnetfält. För att provocera kärnans magnetiska ögonblick att vända badade han molekylstrålen i radiovågor medan han varierade magnetfältstyrkan. Denna användning av varierande radiovågor föreslogs av holländsk fysiker Cornelius J. Gorter.3
genom att justera det yttre magnetfältet och radiofrekvensen kunde han faktiskt observera magnetisk resonansabsorption. Kärnans magnetiska ögonblick ändrade riktning, och eftersom varje atom eller molekyl har ett karakteristiskt mönster av resonansfrekvenser, insåg Rabi att han kunde upptäcka en serie resonanser i olika molekyler som kunde användas för att identifiera typen av atom eller molekyl och slutligen ge mer detaljer i molekylstruktur.4
1946 fann Edward Purcell och Felix Bloch självständigt ett sätt att studera de magnetiska resonansegenskaperna hos atomer och molekyler i fasta ämnen och vätskor, istället för enskilda atomer eller molekyler som i rabis molekylstrålemetod. Senare utvecklades kärnmagnetisk resonans vidare till bildtekniken som nu vanligtvis används för medicinsk diagnos. De första bilderna producerades i början av 1970-talet, och det första levande mänskliga ämnet avbildades 1977. MR-maskiner blev kommersiellt tillgängliga på 1980-talet och används nu ofta för att avbilda inre kroppsstrukturer, särskilt mjuka vävnader som hjärnan.
strax innan han dog i januari 1988 avbildades Rabi i en MR-maskin. ”Det var kusligt. Jag såg mig själv i den maskinen, ” sa han. ”Jag trodde aldrig att mitt arbete skulle komma till detta.”
medan Rabi största arv är upptäckten av magnetisk resonans som sätt att se inuti och identifiera atomer, krediteras han också med att hjälpa till med utvecklingen av radar, skapa begreppet CERN, den europeiska organisationen för kärnforskning i Geneve, Schweiz (och nu världens största partikelfysiklaboratorium), och som en av grundarna av Brookhaven National Laboratory, i Upton, NY.5
Copyright Bisexuell Alaina G. Levine, 2008.
1 ” Isidor Isaac Rabi.”Encyklopedi Brasilian Britannica. 2008. 29 Aug. 2008. http://www.britannica.com/EBchecked/topic/487952/Isidor-Isaac-Rabi.
2″ ett livräddande fönster på sinnet och kroppen: utvecklingen av magnetisk resonansavbildning”, bortom upptäckten, de nationella akademierna.
3 Ibid.
4 ”Isidor Rabi: forskare och Medborgare” av John S. Rigden, ApS News, juli 1998.
5 ’ Isidor Isaac Rabi.”Encyklopedi Brasilian Britannica. 2008. Svenska Online. 02 Sep. 2008.
