怎样知道原子核遇到了共振

先让分子重新回到探测器

1938 年，Rabi、Zacharias、Millman 和 Kusch 让分子束穿过两段偏转磁场。装置调好以后，选中的分子会重新聚焦到探测器上。他们在中间的均匀磁场区，又叠加一个弱振荡磁场。频率碰对时，部分分子改变内部磁态，经过后半段磁铁便走了另一条路，抵达探测器的分子随之减少。

那篇通信以氯化锂为例，固定射频、扫描静磁场，画出束流强度随磁铁电流的变化。共振在图上表现为凹下去的信号。作者还说明，最终磁矩数值要等磁场重新标定；找到共振和测准磁性之间，隔着这一步。

有磁矩的原子核在静磁场里，会发生一种称为进动的运动。可以先借陀螺来想象：倾斜的陀螺轴绕竖直方向缓缓转圈。原子核的进动有自己的频率，外加的振荡磁场与它节拍合适，就容易诱发内部状态变化。

最简单的关系是，进动频率随静磁场成正比。式里的 B 是静磁场，旋磁比表示这种原子核对磁场有多敏感；普通频率数每秒多少圈，角频率数每秒多少弧度。原子核所处的化学环境和邻近磁性会修正这个简单关系，测量时需要一并考虑。

\omega_{\mathrm L}=|\gamma|B_0=2\pi\nu_{\mathrm L}

到 1946 年，Purcell、Torrey 和 Pound 换了样品和读法。他们把含有大量质子的石蜡放进射频谐振器，用电路观察样品吸收了多少无线电波。扫描静磁场到共振附近，平衡电路的输出出现明显变化。原子核被看见的方式，从分子少了多少，变成了电路多损失多少能量。

室温下，两种自旋状态中的质子数目只差一点点。低能态稍多，向上吸收的机会便略多于向下受激发射，合起来才有净吸收。射频太强会把人数差抹平，信号趋于饱和；周围环境又会让分布恢复，这个恢复过程叫弛豫。吸收信号正是驱动和恢复共同作用的结果。

同在 1946 年，Bloch、Hansen 和 Packard 用室温的水研究核磁共振。横向振荡场驱动样品，许多原子核的磁性合起来形成宏观磁化；它的变化在线圈里感应出电压。团队比较了两个驱动频率对应的共振磁场，还与已有的质子磁性数据对照。

这次早期实验持续施加驱动场。后来常见的做法，是先打一段射频脉冲，再听样品自己发出逐渐衰减的感应信号，称为自由感应衰减。后者发展了新的测量方式，读这段历史时要保留两种操作之间的年代差别。

三项实验都把磁场和共振频率联系起来。探测器各有不同，分别报告束流数目、射频吸收和线圈电压。Rabi 于 1944 年获奖，Bloch 和 Purcell 于 1952 年获奖。这些方法把原子核极小的磁性，变成了可以反复扫描的信号。

要把信号换成磁矩，还得知道样品真正经历的磁场，考虑线宽、局部环境和驱动强度。今天医院里的磁共振成像继续利用核磁信号，再用空间梯度和重建方法辨认信号来自身体哪里。早期这三项实验完成的是共振测量，空间编码是后续发展的另一步。