E.M. Purcell studeerde niet alleen natuurkunde. Hij hielp bij het ontwikkelen van hulpmiddelen waarmee we het onzichtbare kunnen zien. Deze Amerikaanse natuurkundige, geboren in Taylorville, Illinois in 1912, veranderde vervolgens de manier waarop we materie en het universum begrijpen. Hij stierf in 1997 in Cambridge, Massachusetts, en liet een erfenis achter die meer de basis vormt van de moderne technologie dan van de geschiedenis.
De kern van zijn roem is een grote doorbraak: de ontdekking van nucleaire magnetische resonantie in vloeistoffen en vaste stoffen.
Dit was in 1946. Purcell brak de code onafhankelijk van Felix Bloch. Zij ontvingen in 1952 gezamenlijk de Nobelprijs voor de Natuurkunde. Waarom is dit belangrijk? Omdat NMR meer is dan alleen een laboratoriumtruc. Dit is de motor achter magnetische resonantie beeldvorming (MRI). Hierdoor kunnen onderzoekers de moleculaire structuur van pure materialen nauwkeurig bestuderen en de complexe samenstelling van mengsels interpreteren. Zonder de methoden van Purcell zouden medische diagnostiek en chemische analyse in de middeleeuwen zijn beland.
Van radaroorlogen tot precisiedetectie
Purcells pad naar de Nobelprijs werd midden in de Tweede Wereldoorlog geplaveid. Hij leidde een groep bij het Radiation Laboratory van MIT om kritieke radarproblemen op te lossen. Dit is geen abstracte theorie. Het is overleven en vijandige vliegtuigen door wolken en duisternis heen spotten.
Na de oorlog deed Purcell meer dan alleen maar terugkeren naar het lesgeven. Hij paste zijn oorlogsprecisie toe op nieuwe problemen. In 1946 ontwikkelde hij de nucleaire magnetische resonantiedetectiemethode. Het was ongelooflijk nauwkeurig. Dit was een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de atoombundelmethode van de natuurkundige Isidor I. Rabi. De veranderingen zijn duidelijk. Rabi’s methode is goed. Purcells aanpak voor het bestuderen van vaste stoffen en vloeistoffen is beter, schoner en efficiënter.
Luisteren naar de sterren
Twee jaar na het winnen van de Nobelprijs deed Purcell iets dat ogenschijnlijk niets te maken had met MRI-apparatuur. hij keek op.
In 1952 observeerde hij als professor aan de Harvard University straling met een golflengte van 21 centimeter van neutraal atomair waterstof in de interstellaire ruimte. Het klinkt droog. Dat is het niet.
Nederlandse astronoom H.C. van de Hulst voorspelde deze radiogolven al in 1944. Maar een voorspelling is geen bewijs.
Purcell bewees het.
Door zijn observatie konden astronomen waterstofwolken in sterrenstelsels waarnemen.
Waterstof is overal, maar moeilijk te zien in zichtbaar licht. Deze radiogolf veranderde alles.
Ze lieten wetenschappers de verdeling van materie in het universum in kaart brengen. Ze maten de rotatie van de Melkweg. Plotseling was de Melkweg niet langer slechts een klodder. Een structuur met meetbare beweging en massa.
Metingserfenis
Purcells carrière werd gekenmerkt door een reeks primeurs. In 1949 werd hij hoogleraar aan de Harvard-universiteit. In 1960 kreeg hij het Gerhard Gade-hoogleraarschap. De wetenschappelijke gemeenschap merkte het op. In 1979 ontving hij de Nationale Medaille van de Wetenschap. In 1980 werd hij benoemd tot emeritus hoogleraar. Hij deed een stap terug, maar stapte niet af van het werk.
Wij gebruiken zijn methoden dagelijks. Of u nu een arts bent die een scan van zacht weefsel bekijkt of een scheikundige die een nieuw medicijn analyseert.
