L'effet Barnett électronique, observé pour la première fois par Samuel Barnett en 1915, est l'aimantation d'un corps non chargé lorsqu'il tourne sur son grand axe. Ceci est causé par un couplage entre le moment cinétique des spins électroniques et la rotation de la tige.

En utilisant une méthode différente de celle employée par Barnett, deux chercheurs de NYU ont observé une version alternative de cet effet appelée effet Barnett nucléaire, qui résulte de l'aimantation des protons plutôt que des électrons. Leur étude, Publié dans Lettres d'examen physique ( PRL ), conduit à la première observation expérimentale de cet effet.

"J'étais un étudiant diplômé à NYU où un groupe de collègues était impliqué dans un projet lié à l'imagerie cérébrale, " Mohsen Arabgol, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. L'idée fondamentale derrière le projet était de polariser les molécules du cerveau en induisant une rotation à l'aide de l'effet Barnett puis en appliquant l'imagerie de type IRM. Je me suis intéressé et j'ai décidé de travailler sur la détection de l'effet Barnett nucléaire comme mon doctorat. thèse."

Initialement, Arabgol et son superviseur Tycho Sleator voulaient entraîner la rotation du corps utilisé dans leurs expériences en transférant le moment angulaire orbital de la lumière dans l'échantillon. Ils se sont vite rendu compte que cette technique ne fonctionnait pas vraiment, et a donc décidé d'employer une méthode plus prometteuse en utilisant un fileur mécanique pour entraîner la rotation.

"La centrifugeuse mécanique nous a permis de faire tourner un plus grand échantillon d'eau jusqu'à des vitesses proches de 15, 000 tours par seconde, et enfin, nous avons pu démontrer l'effet Barnett nucléaire, ", a déclaré Arabgol.

Dans leurs expériences, Arabgol et Sleator ont utilisé une turbine rotative commerciale pour faire tourner un échantillon d'eau jusqu'à des vitesses très élevées. Ils ont également utilisé une machine à résonance magnétique nucléaire (RMN) non standard conçue pour fonctionner à basse fréquence. Cela contraste fortement avec les systèmes de RMN commerciaux, qui fonctionnent en haute fréquence.

« Dans notre expérience, nous recherchions une variation du signal RMN inversement proportionnelle à la fréquence RMN, " dit Arabgol. " Ironiquement, nous voulions un appareil de RMN basse fréquence, et nous avons dû concevoir et assembler les pièces nous-mêmes. Pour mettre cela en chiffres, on a fini par travailler avec un appareil qui fonctionnait en moins de 1 MHz, et nous avons commencé à rechercher quelques (1 à 3) pour cent de changement dans le signal. Si nous voulions utiliser un appareil standard, nous avons dû rechercher un changement du signal de quelques ordres de grandeur plus petit, ce qui est impossible en raison de la variété des bruits."

La technique RMN employée par Arabgol et Sleator, appelé CPMG-Add, fonctionne en traitant une série de signaux (ou échos) très faibles. Le signal résultant était suffisamment fort pour être facilement détecté par la configuration des chercheurs, au point que les vitesses de rotation atteintes l'ont modifié de manière significative.

« Autant que je sache, la beauté de cette expérience n'était pas de trouver une technique extraordinaire ou d'utiliser un nouvel appareil, mais en trouvant la combinaison très étroite de nombreux paramètres dans l'expérience et en exécutant l'ensemble de l'expérience avec le plus haut niveau de soin et de conscience de la variété des bruits disponibles, " a dit Arabgol. " Notre observation la plus intéressante était que c'est, En réalité, possible de magnétiser des protons simplement en faisant tourner un échantillon. C'était assez excitant, puisque la contrepartie électronique de cet effet avait été observée il y a près de 100 ans et nous n'étions pas sûrs s'il était possible de faire la même chose pour les protons, d'autant plus que le même effet est près de 700 fois plus petit dans les protons que dans les électrons."

Arabgol et Sleator ont été les premiers à magnétiser des protons, obtenir une observation fiable de l'effet Barnett nucléaire. Un autre aspect intéressant de leur étude est que l'aimantation qu'ils ont observée n'a rien à voir avec les champs magnétiques. Ceci est particulièrement remarquable, car les chercheurs ont jusqu'à présent généralement magnétisé des objets en leur appliquant un champ magnétique. L'étude réalisée par Arabgol et Sleator, cependant, prouve qu'il y a, En réalité, d'autres mécanismes qui peuvent induire une magnétisation sans nécessairement créer un champ magnétique.

D'un point de vue théorique, ces observations améliorent la compréhension actuelle de la relation entre l'aimantation et la rotation. D'un point de vue pratique, ils pourraient aider au développement de systèmes RMN ultra-basse fréquence en introduisant une nouvelle technique d'induction d'aimantation qui ne nécessite pas d'aimants.

"Nous avons mené notre expérience pour les liquides, " a déclaré Arabgol. " Une prochaine étape très logique serait de valider les résultats pour les solides. Mesurer l'effet Barnett pour les solides serait beaucoup plus difficile en utilisant la même technique. Comme nous l'avons expliqué précédemment, l'effet est si faible que seule une combinaison très étroite de paramètres a finalement fonctionné, et malheureusement, il est presque impossible de trouver une telle combinaison pour les solides. Il est à noter, cependant, que la nôtre n'est qu'une approche pour s'attaquer à ce problème. D'autres techniques (par exemple, les méthodes basées sur SQUID) pourraient être plus prometteuses."

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