Het elektronische Barnett-effect, voor het eerst waargenomen door Samuel Barnett in 1915, is de magnetisatie van een ongeladen lichaam terwijl het rond zijn lange as wordt rondgedraaid. Dit wordt veroorzaakt door een koppeling tussen het impulsmoment van de elektronische spins en de rotatie van de staaf.

Met een andere methode dan die van Barnett, twee onderzoekers van NYU observeerden een alternatieve versie van dit effect, het nucleaire Barnett-effect, die het gevolg is van de magnetisatie van protonen in plaats van elektronen. hun studie, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven ( PRL ), leidde tot de eerste experimentele waarneming van dit effect.

"Ik was een afgestudeerde student aan NYU waar een groep collega's betrokken was bij een project met betrekking tot hersenbeeldvorming, "Mohsen Arabgol, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. Het fundamentele idee achter het project was het polariseren van de hersenmoleculen door rotatie te induceren met behulp van het Barnett-effect en vervolgens de MRI-achtige beeldvorming toe te passen. Ik raakte geïnteresseerd en besloot te werken aan de detectie van het nucleaire Barnett-effect als mijn Ph.D. proefschrift."

aanvankelijk, Arabgol en zijn supervisor Tycho Sleator wilden de rotatie van het lichaam dat in hun experimenten werd gebruikt, stimuleren door het orbitale impulsmoment van licht in het monster over te brengen. Ze realiseerden zich al snel dat deze techniek niet echt werkte, en besloot daarom een ​​meer veelbelovende methode te gebruiken met behulp van een mechanische spinner om rotatie aan te drijven.

"Met de mechanische spinner konden we een groter monster water draaien tot snelheden van bijna 15, 000 omwentelingen per seconde, en tenslotte, konden we het nucleaire Barnett-effect aantonen, ' zei Arabgol.

In hun experimenten, Arabgol en Sleator gebruikten een commerciële spinnerturbine om een ​​watermonster met zeer hoge snelheden te laten draaien. Ze gebruikten ook een niet-standaard nucleaire magnetische resonantie (NMR) machine die is ontworpen om op lage frequenties te werken. Dit staat in schril contrast met commerciële NMR-systemen, die in hoge frequentie werken.

"Bij ons experiment we waren op zoek naar een verandering in het NMR-signaal die omgekeerd evenredig was met de NMR-frequentie, "Zei Arabgol. "Ironisch genoeg, we wilden een laagfrequent NMR-apparaat, en we moesten de onderdelen zelf ontwerpen en monteren. Om dit in cijfers te zetten, we werkten uiteindelijk met een apparaat dat op minder dan 1 MHz werkte, en we begonnen te zoeken naar een paar (1 tot 3) procent verandering in het signaal. Als we een standaardapparaat willen gebruiken, we moesten zoeken naar een verandering in het signaal enkele orden van grootte kleiner, wat onmogelijk is vanwege de verscheidenheid aan geluiden."

De NMR-techniek die wordt gebruikt door Arabgol en Sleator, genaamd CPMG-Add, werkt door een reeks zeer zwakke signalen (of echo's) te verwerken. Het resulterende signaal was sterk genoeg om gemakkelijk te worden gedetecteerd door de opstelling van de onderzoekers, tot het punt dat de bereikte rotatiesnelheden het aanzienlijk veranderden.

"Voor zover ik kan zeggen, de schoonheid van dit experiment was niet het vinden van een buitengewone techniek of het gebruik van een nieuw apparaat, maar het vinden van de zeer nauwe combinatie van vele parameters in het experiment en het uitvoeren van het hele experiment met de grootste zorg en bewustzijn over de verscheidenheid aan beschikbare geluiden, "Zei Arabgol. "Onze meest interessante observatie was dat het is, in feite, mogelijk om protonen te magnetiseren door een monster te roteren. Dat was best spannend, aangezien de elektronische tegenhanger van dit effect bijna 100 jaar geleden was waargenomen en we niet zeker wisten of het mogelijk was om hetzelfde te doen voor protonen, vooral gezien het feit dat hetzelfde effect bijna 700 keer kleiner is in protonen in vergelijking met elektronen."

Arabgol en Sleator waren de eersten die protonen magnetiseerden, het verkrijgen van een betrouwbare waarneming van het nucleaire Barnett-effect. Een ander interessant aspect van hun onderzoek is dat de magnetisatie die ze hebben waargenomen niets te maken heeft met magnetische velden. Dit is bijzonder opmerkelijk, aangezien onderzoekers tot nu toe typisch objecten hebben gemagnetiseerd door er een magnetisch veld op aan te leggen. De studie uitgevoerd door Arabgol en Sleator, echter, bewijst dat er, in feite, andere mechanismen die magnetisatie kunnen induceren zonder noodzakelijkerwijs een magnetisch veld te creëren.

Vanuit een theoretisch standpunt, deze waarnemingen vergroten het huidige begrip van de relatie tussen magnetisatie en rotatie. Vanuit praktisch oogpunt, ze zouden de ontwikkeling van ultra-laagfrequente NMR-systemen kunnen helpen door een nieuwe techniek te introduceren voor het induceren van magnetisatie waarvoor geen magneten nodig zijn.

"We hebben ons experiment uitgevoerd voor vloeistoffen, " Zei Arabgol. "Een zeer logische volgende stap zou zijn om de resultaten voor vaste stoffen te valideren. Het meten van het Barnett-effect voor vaste stoffen zou veel moeilijker zijn met dezelfde techniek. Zoals we eerder hebben uitgelegd, het effect is zo klein dat uiteindelijk slechts een zeer smalle combinatie van parameters werkte, en helaas, het is bijna onmogelijk om een ​​dergelijke combinatie voor vaste stoffen te vinden. Het is opmerkelijk, echter, dat de onze slechts één benadering is om dit probleem aan te pakken. Andere technieken (bijvoorbeeld op SQUID gebaseerde methoden) zijn mogelijk veelbelovender."

© 2019 Wetenschap X Netwerk