A RMN e suas aplicações atuais

Quando se fala em ressonância magnética nuclear (RMN), possivelmente a primeira idéia que vêm à cabeça seja a do equipamento empregado para diagnóstico médico por imagem. A associação se justifica, afinal dezenas de milhões desses exames são feitos por ano no mundo.
 
Mas a RMN é uma técnica que se estende bem além das aplicações médicas. É empregada hoje como um poderoso instrumento na física, química, medicina, biologia, agricultura e, mais recentemente, na chamada informação quântica, nova área de pesquisa cujo expoente tecnológico mais popular é o computador quântico, que promete ser impensavelmente mais veloz que seus congêneres atuais.
 
Neste artigo, o leitor vai encontrar um pouco da história da RMN e a descrição de algumas das principais aplicações.
 
Com o desenvolvimento da física no início do século passado, foi possível constatar que a carga e a massa não eram as únicas propriedades das partículas elementares. Descobriu-se, em particular, que o elétron tem um momento magnético, que foi interpretado como conseqüência do movimento giratório dessa partícula em torno do próprio eixo ou, mais precisamente, do momento angular intrínseco, chamado spin .
 
O spin só pode ter certos valores, que, no caso do elétron, são +1/2 e –1/2. Para outras partículas, os possíveis valores do spin podem ser diferentes, porém sempre são limitados a múltiplos inteiros de 1/2. Em outras palavras, o spin é quantizado, ou seja, seus valores variam aos ‘saltos’ e não de modo contínuo. Isso foi observado em um experimento conduzido pelos físicos alemães Otto Stern (1888-1969) e Walther Gerlach (1889-1979), no início da década de 1920.
 
Mesmo depois da descoberta do spin e de sua interpretação como momento angular intrínseco, dúvidas permaneceram sobre, por exemplo, a questão da sua origem e de seus possíveis valores. Uma resposta mais satisfatória a essas perguntas só pôde ser dada após 1928, principalmente através das contribuições do físico inglês Paul Dirac (1902-1984) para a chamada mecânica quântica relativística.
 
É interessante observar que, para ser completada, a descrição matemática de uma propriedade que aparentemente é tão simples – o giro de um objeto pequeno em torno de si mesmo – precisou esperar o casamento das duas grandes revoluções conceituais do início do século passado: a teoria da relatividade restrita, publicada em 1905 pelo físico alemão Albert Einstein (1789-1955), e a mecânica quântica, cujo desenvolvimento se deu principalmente na década de 1920. A primeira modificou os conceitos sobre espaço e tempo, com conseqüências principalmente para objetos que se deslocam a velocidades constantes, porém próximas à da luz no vácuo (300 mil km/s); e a outra descreveu os fenômenos observados no microuniverso dos átomos e das moléculas.
 
Apesar da complexidade teórica que envolve o spin , essa propriedade pode ser facilmente observada em nosso dia-dia: o magnetismo produzido pelo spin é o responsável pelas propriedades magnéticas do ferro e de outros ímãs simples.

Tito José Bonagamba,
Klaus Werner Capelle
e
Eduardo Ribeiro de Azevedo
Instituto de Física de São Carlos,
Universidade de São Paulo.

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Matéria publicada em 01.11.2005

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