Simpelt eksperiment forklarer magnetisk resonans

Fysikere ved University of California, Riverside, har designet et eksperiment for at forklare begrebet magnetisk resonans. Projektet er udført af bachelorstuderende i samarbejde med lokale gymnasielærere.

En alsidig teknik anvendt i kemi, fysik, og materialeforskning, magnetisk resonans beskriver en resonant excitation af elektron- eller atomkernespin, der befinder sig i et magnetfelt ved hjælp af elektromagnetiske bølger. Magnetisk resonans danner også grundlaget for magnetisk resonansbilleddannelse, eller MR - det centrale ikke-invasive værktøj inden for diagnostisk medicin og medicinsk forskning.

"To af mine bachelorstuderende udviklede demonstrationseksperimentet baseret på et kompas, en genstand alle kan relatere til, " sagde Igor Barsukov, en adjunkt i UC Riverside Department of Physics and Astronomy, der overvågede projektet.

Barsukov forklarede, at kompasset er placeret i midten af ​​en trådspole, der er fodret med en lille vekselspænding. En køleskabsmagnet i nærheden af ​​kompasset justerer dens nål. Når køleskabsmagneten bringes tættere på kompasset, nålen begynder at svinge på et "sweet spot". Når magneten flyttes væk fra sweet spot, oscillationen stopper. Denne oscillation svarer til kompasnålens magnetiske resonans i køleskabsmagnetens magnetfelt.

"Under opsøgende arrangementer for den bredere offentlighed, folk deler ofte med os deres bekymringer om MR-procedurer, de skal gennemgå på et hospital, " sagde Barsukov. "De forbinder det med stråling. Vi ønskede at designe en hands-on, bordeksperiment for at lindre deres bekymringer og give en visuel forklaring på den underliggende fysik."

Barsukovs team indledte et samarbejde med Fysikalærerakademiet, et UCR-baseret program, der giver træning til lokale gymnasielærere, for at sikre, at den også er velegnet til et high school klasseværelse.

"Tæt interaktion med lærerne ændrede vores perspektiv på, hvad et godt demonstrationseksperiment rettet mod at forbedre videnskabelige læsefærdigheder burde være, " sagde Barsukov. "Vi besluttede at anvende 3-D-printteknikker til den eksperimentelle opsætning og smartphone-baserede spændingsgeneratorer. Det reducerer tidsbyrden for instruktører og gør præsentationen mere tilgængelig og tiltalende for eleverne."

Projektet blev for nylig offentliggjort i Fysiklæreren og præsenteret i begyndelsen af ​​november 2019 i undervisningssektionen Magnetisme og magnetiske materialer, en stor konference inden for magnetismeforskning.

"Projektet viste sig at være virkelig synergistisk, " sagde Barsukov. "Vi lærte meget af de gymnasielærere, vi arbejdede med, og var i stand til at designe et spændende værktøj til opsøgende kontakt, som jeg også kan bruge i mine timer på UCR. At arbejde på dette projekt var en stor laboratorieoplevelse for mine elever."