Исидор Исаак Раби: Американ физигі, Нобель жүлдесінің лауреаты

Кіріспе

Америкалық физик (1898–1988)

Исидор Исаак Раби (туған күні: 29 шілде 1898 жыл, қайтыс болған күні: 11 қаңтар 1988 жыл) – 1944 жылы ядролық магниттік резонансты ашқаны үшін физика саласындағы Нобель сыйлығын алған американдық физик. Ол сондай-ақ микротолқынды радиолокация және микротолқынды пештерде қолданылатын қуыс магнитронды жасаумен айналысқан АҚШ-тың алғашқы ғалымдарының бірі болды. Раби Галициядағы Римановта (Польша) дәстүрлі еврей отбасында дүниеге келді. Ол бала кезінде АҚШ-қа көшіп, Нью-Йорктің Лоуэр-Ист-Сайд ауданында өсті. 1916 жылы Корнелл университетіне электротехника мамандығы бойынша түсті, бірақ көп ұзамай химияға ауысты. Кейін физикаға қызығушылық танытты. Ол Колумбия университетінде оқуын жалғастырды, онда белгілі бір кристаллдардың магниттік қасиеттері туралы диссертациясын қорғап, докторлық дәрежесін алды. 1927 жылы ол Еуропаға барып, сол кездегі ең көрнекті физиктермен танысып, бірге жұмыс істеді. 1929 жылы Раби АҚШ-қа оралды, онда Колумбия университеті оған факультетте лауазым ұсынды. Грегори Брейтпен бірлесіп, ол Брейт-Раби теңдеуін жасады және Стерн-Герлах тәжірибесін атом ядросының қасиеттерін растау үшін өзгертуге болатынын болжады. Атомдардың магниттік моменті мен ядролық спинін анықтау үшін ядролық магниттік резонансты пайдалану әдістері оған 1944 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын әкелді. Ядролық магниттік резонанс ядролық физика және химия үшін маңызды құралға айналды, ал кейіннен жасалған магниттік резонанстық бейнелеу медицина саласында да маңызды рөл атқарады. Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде ол Массачусетс технология институтының (MIT) радиациялық зертханасында (RadLab) және Манхэттен жобасында радармен айналысты. Соғыстан кейін ол Атом энергиясы комиссиясының Бас кеңесшілер комитетіне (GAC) мүше болып кірді және 1952 жылдан 1956 жылға дейін оның төрағасы болды. Ол сондай-ақ Қорғаныс жұмылдыру кеңсесінің және Армияның баллистикалық зерттеу зертханасының ғылыми кеңесші комитеттерінде (SAC) жұмыс істеді және президент Дуайт Д. Эйзенхауэрдің ғылыми кеңесшісі болды. 1946 жылы ол Брукхейвен ұлттық зертханасын құруға қатысты, ал кейіннен АҚШ-тың ЮНЕСКО-дағы өкілі ретінде 1952 жылы CERN құрылуына атсалысты. 1964 жылы Колумбия университеті «университет профессоры» деген атақты құрғанда, Раби бұл лауазымға бірінші болып ие болды. 1985 жылы оның құрметіне арнайы кафедра ашылды. 1967 жылы оқытушылық қызметтен зейнеткерлікке шықты, бірақ факультетте белсенді болып қалып, өмірінің соңына дейін Университет профессоры және арнайы лекторы атағын сақтап қалды.

Isidor Isaac Rabi ('/r//ɑː//b//i/; born Israel Isaac Rabi, July 29, 1898 – January 11, 1988) was an American physicist who won the Nobel Prize in Physics in 1944 for his discovery of nuclear magnetic resonance, which is used in magnetic resonance imaging (MRI). He was also one of the first scientists in the United States to work on the cavity magnetron, which is used in microwave radar and microwave ovens. Born into a traditional Polish Jewish family in Rymanów, Galicia, Rabi came to the United States as an infant and was raised in New York's Lower East Side. He entered Cornell University as an electrical engineering student in 1916, but soon switched to chemistry. Later, he became interested in physics. He continued his studies at Columbia University, where he was awarded his doctorate for a thesis on the magnetic susceptibility of certain crystals. In 1927, he headed for Europe, where he met and worked with many of the finest physicists of the time. In 1929, Rabi returned to the United States, where Columbia offered him a faculty position. In collaboration with Gregory Breit, he developed the Breit–Rabi equation and predicted that the Stern–Gerlach experiment could be modified to confirm the properties of the atomic nucleus. His techniques for using nuclear magnetic resonance to discern the magnetic moment and nuclear spin of atoms earned him the Nobel Prize in Physics in 1944. Nuclear magnetic resonance became an important tool for nuclear physics and chemistry, and the subsequent development of magnetic resonance imaging from it has also made it important to the field of medicine. During World War II he worked on radar at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) Radiation Laboratory (RadLab) and on the Manhattan Project. After the war, he served on the General Advisory Committee (GAC) of the Atomic Energy Commission, and was chairman from 1952 to 1956. He also served on the Science Advisory Committees (SACs) of the Office of Defense Mobilization and the Army's Ballistic Research Laboratory, and was Science Advisor to President Dwight D. Eisenhower. He was involved with the establishment of the Brookhaven National Laboratory in 1946, and later, as United States delegate to UNESCO, with the creation of CERN in 1952. When Columbia created the rank of university professor in 1964, Rabi was the first to receive that position. A special chair was named after him in 1985. He retired from teaching in 1967, but remained active in the department and held the title of University Professor Emeritus and Special Lecturer until his death.

Алғашқы жылдар

Израиль Исаак Раби 1898 жылғы 29 шілдеде Польшаның Риманов қаласында, Галиция аймағында, сол кезде Австрия-Мажарстанның құрамында болған, қазір Польшадағы поляк еврей православие отбасында дүниеге келді. Ол туғаннан кейін көп ұзамай әкесі Дэвид Раби Америка Құрама Штаттарына эмиграциялады. Кіші Раби мен анасы Шейндел бірнеше айдан соң Дэвидке қосылып, отбасы Манхэттеннің төменгі шығыс бөлігіндегі екі бөлмелі пәтерге көшті. Үйде отбасы идиш тілінде сөйлесті. Раби мектепке қабылданғанда, Шейндел оның есімі Иззи екенін айтты, ал мектеп қызметкері оны Изидордың қысқартылған түрі деп ойлап, осылай тіркеді. Содан бері бұл оның ресми аты болды. Кейін антисемитизмге қарсылық ретінде ол өзінің атын Исидор Исаак Раби деп жаза бастады және кәсіби тұрғыда И. И. Раби деп танылды. Көптеген достары мен туыстары, соның ішінде 1903 жылы туған әпкесі Гертруда да, оны тек тегімен ғана білді. 1907 жылы отбасы Бруклиндегі Браунсвиллге көшіп, азық-түлік дүкені ашты. Бала кезінде Раби ғылымға қызығушылық танытты. Ол қоғамдық кітапханадан алған ғылыми кітаптарды оқып, өзінің радио аппаратын құрастырды. Оның алғашқы ғылыми еңбегі, радио конденсаторының дизайны туралы, бастауыш мектепте оқып жүрген кезінде Modern Electrics журналында жарияланды. Коперниктің күнцентризм туралы оқуынан кейін ол атеист болды. "Бәрі өте қарапайым", - деді ол ата-анасына, "Құдай кімге керек?" деп қосты. Ата-анасымен келісу үшін ол үйде өткен бар-мицвада электр шамның қалай жұмыс істейтіні туралы идиш тілінде сөз сөйледі. Ол Бруклиндегі Manual Training High School мектебін бітіріп, 1916 жылы мектепті аяқтады. Сол жылы ол Корнелл университетіне электр инженері мамандығы бойынша түсті, бірақ көп ұзамай химияға ауысты. 1917 жылы Америка Бірінші дүниежүзілік соғысқа қатысқаннан кейін, ол Корнеллдегі Студенттік армиялық оқу корпусына қосылды. Ол жоғары оқу орнының дипломдық жұмысында марганецтің тотығу күйлерін зерттеді. 1919 жылдың маусымында ғылым бакалавры дәрежесін алды, бірақ сол кезде еврейлерге химия өнеркәсібі мен академиялық салаларда жұмыс істеуге тыйым салынғандықтан, ол ешқандай жұмыс ұсынысын алмады. Ол қысқа уақыт Lederle Laboratories-те жұмыс істеді, содан кейін бухгалтер болып жұмыс істеді.

Israel Isaac Rabi was born on July 29, 1898, into a Polish Jewish Orthodox family in Rymanów, Galicia, in what was then part of Austria Hungary but is now Poland. Soon after he was born, his father, David Rabi, emigrated to the United States. The younger Rabi and his mother, Sheindel, joined David there a few months later, and the family moved into a two room apartment on the Lower East Side of Manhattan. At home the family spoke Yiddish. When Rabi was enrolled in school, Sheindel said his name was Izzy, and a school official, thinking it was short for Isidor, put that down as his name. Henceforth, that became his official name. Later, in response to anti Semitism, he started writing his name as Isidor Isaac Rabi, and was known professionally as I. I. Rabi. To most of his friends and family, including his sister Gertrude, who was born in 1903, he was known simply by his last name. In 1907, the family moved to Brownsville, Brooklyn, where they ran a grocery store. As a boy, Rabi was interested in science. He read science books borrowed from the public library and built his own radio set. His first scientific paper, on the design of a radio condenser, was published in Modern Electrics when he was in elementary school. After reading about Copernican heliocentrism, he became an atheist. "It's all very simple", he told his parents, adding, "Who needs God?" As a compromise with his parents, for his Bar Mitzvah, which was held at home, he gave a speech in Yiddish about how an electric light works. He attended the Manual Training High School in Brooklyn, from which he graduated in 1916. Later that year, he entered Cornell University as an electrical engineering student, but soon switched to chemistry. After the American entry into World War I in 1917, he joined the Student Army Training Corps at Cornell. For his senior thesis, he investigated the oxidation states of manganese. He was awarded his Bachelor of Science degree in June 1919, but since at the time Jews were largely excluded from employment in the chemical industry and academia, he did not receive any job offers. He worked briefly at the Lederle Laboratories, and then as a bookkeeper.

Білім

1922 жылы Раби Корнелл университетіне химия мамандығы бойынша оқуға қайта келді және физиканы зерттеуді бастады. 1923 жылы ол Хантер колледжінің жазғы семестрінде оқитын Хелен Ньюмаркпен танысып, оған унауын басталды. Ол үйге қайтқанда оның жанында болу үшін Колумбия университетінде оқуын жалғастырды, онда оның ғылыми жетекшісі Альберт Уиллс болды. 1924 жылдың маусым айында Раби Нью-Йорк қалалық колледжінде жартылай штатты оқытушы болып жұмысқа орналасты. Магнетизм саласындағы маман Уиллс Рабиге натрий буының магниттік қабылдағыштығы туралы докторлық диссертациясын жазуды ұсынды. Бұл тақырып Рабиге қызығушылық тудырмады, бірақ Уильям Лоуренс Брэгг Колумбияда Туттон тұздары деп аталатын кристаллдардың электрлік қабылдағыштығы туралы семинар өткізгеннен кейін, Раби олардың магниттік қабылдағыштығын зерттеуге шешім берді, ал Уиллс оның жетекшісі болуға келісті. Кристаллдардың магниттік резонансын өлшеу үшін алдымен кристаллдарды өсіру қажет болды, бұл қарапайым процедураны тіпті бастауыш сынып оқушылары да орындай алатын. Содан кейін кристаллдарды кристаллдың ішкі құрылымынан өзгеше бағыттағы қырлары бар бөліктерге шеберлікпен кесу қажет болды, сондай-ақ магнит өрісіне реакцияны мұқият өлшеу қажет еді. Кристаллдары өсіп жатқанда, Раби Джеймс Клерк Максвеллдің 1873 жылғы «Электр және магнетизм туралы трактатын» оқыды, бұл оған оңай әдіс табуға көмектесті. Ол торсиондық тепе-теңдікке бекітілген шыны талшықтағы кристаллды екі магнит полюсі арасында магниттік қабылдағыштығы өзгертілетін ерітіндіге түсірді. Егер кристаллдың қабылдағыштығы ерітіндіге сәйкес келсе, магнитті кристаллға зиян келтірмей-ақ қосуға және өшіруге болады. Жаңа әдіс тек еңбек шығынын ғана емес, нәтижелердің дәлдігін де арттырды. 1926 жылдың 16 шілдесінде Раби «Кристаллдардың негізгі магниттік қабылдағыштығы туралы» деген тақырыптағы диссертациясын Physical Review журналына жіберді. Ол ертесі күні Хеленге үйленді. Бұл мақала академиялық ортада үлкен қызығушылық тудырмады, бірақ оны кристаллдарды зерттеуде осы әдісті қолданған Кариаманикам Шриниваса Кришнан оқыды. Раби өзінің жұмысын жариялаумен қатар оны насихаттау қажеттігіне келді. Көптеген басқа жас физиктер сияқты, Раби Еуропадағы маңызды оқиғаларды жақыннан қадағалап отырды. Ол Стерн-Герлах тәжірибесіне таң қалды, бұл оны кванттық механиканың дұрыстығына көндірді. Ральф Крониг, Фрэнсис Биттер, Марк Земанский және басқалармен бірге ол Шредингер теңдеуін симметриялық жоғарғы молекулаларға қолданып, осындай механикалық жүйенің энергиялық деңгейлерін табуға кірісті. Проблеманың мәні – олардың ешқайсысы нәтижесінде алынған екінші реттік бөлшектік дифференциалдық теңдеуді шеше алмады. Раби бұл мәселенің шешімін Людвиг Шлезингердің «Дифференциалдық теңдеулер теориясына кіріспе» еңбегінде тапты, онда Карл Густав Якоби алғаш рет әзірлеген әдіс сипатталған. Теңдеу Якоби шешім тапқан гипергеометриялық теңдеу түрінде болды. Крониг пен Раби өз нәтижелерін жазып, оны 1927 жылы жарияланған Physical Review журналына жіберді.

In 1922 Rabi returned to Cornell as a graduate chemistry student, and began studying physics. In 1923 he met, and began courting, Helen Newmark, a summer semester student at Hunter College. To be near her when she returned home, he continued his studies at Columbia University, where his supervisor was Albert Wills. In June 1924 Rabi landed a job as a part time tutor at the City College of New York. Wills, whose specialty was magnetism, suggested that Rabi write his doctoral thesis on the magnetic susceptibility of sodium vapor. The topic did not appeal to Rabi, but after William Lawrence Bragg gave a seminar at Columbia about the electric susceptibility of certain crystals called Tutton's salts, Rabi decided to research their magnetic susceptibility, and Wills agreed to be his supervisor. Measuring the magnetic resonance of crystals first involved growing the crystals, a simple procedure often done by elementary school students. The crystals then had to be prepared by skillfully cutting them into sections with facets that had an orientation different from the internal structure of the crystal, and the response to a magnetic field had to be painstakingly measured. While his crystals were growing, Rabi read James Clerk Maxwell's 1873 A Treatise on Electricity and Magnetism, which inspired an easier method. He lowered a crystal on a glass fiber attached to a torsion balance into a solution whose magnetic susceptibility could be varied between two magnetic poles. When it matched that of the crystal, the magnet could be turned on and off without disturbing the crystal. The new method not only required much less work, it also produced a more accurate result. Rabi sent his thesis, entitled On the Principal Magnetic Susceptibilities of Crystals, to Physical Review on July 16, 1926. He married Helen the next day. The paper attracted little fanfare in academic circles, although it was read by Kariamanickam Srinivasa Krishnan, who used the method in his own investigations of crystals. Rabi concluded that he needed to promote his work as well as publish it. Like many other young physicists, Rabi was closely following momentous events in Europe. He was astounded by the Stern–Gerlach experiment, which convinced him of the validity of quantum mechanics. With Ralph Kronig, Francis Bitter, Mark Zemansky and others, he set out to extend the Schrödinger equation to symmetric top molecules and find the energy states of such a mechanical system. The problem was that none of them could solve the resulting equation, a second order partial differential equation. Rabi found the answer in Ludwig Schlesinger's Einführung in die Theorie der Differentialgleichungen, which describes a method originally developed by Carl Gustav Jacob Jacobi. The equation had the form of a hypergeometric equation to which Jacobi had found a solution. Kronig and Rabi wrote up their result and sent it to Physical Review, which published it in 1927.

Еуропа

1927 жылдың мамыр айында Раби Барнард стипендиясын алды. Бұл 1927 жылдың қыркүйегінен 1928 жылдың маусымына дейінгі кезеңге 1500 доллар (доллармен) көлемінде стипендиямен бірге берілді. Ол дереу Нью-Йорк қалалық колледжінен бір жылға демалыс алып, Еуропаға оқуға баруға өтініш берді. Оның өтініші қабылданбаған соң, ол қызметтен кетті. Цюрихке келгенде, Эрвин Шредингермен жұмыс істеуді үміттене отырып, ол екі американдық – Джулиус Адамс Страттон мен Линус Полингпен танысты. Олар Шредингер Берлиндегі Фридрих Вильгельм университетінің Теориялық институтының директоры болып тағайындалғандықтан кетіп бара жатқанын білді. Сондықтан Раби Арнольд Сомерфельдпен Мюнхен университетінде жұмыс істеуге шешім қабылдады. Мюнхенде ол тағы екі американдық – Говард Перси Робертсон мен Эдвард Кондонды кездестірді. Сомерфельд Рабиді докторантурадан кейінгі зерттеуші ретінде қабылдады. Сол кезде Германия физиктері Рудольф Пейерлс пен Ханс Бете де Сомерфельдпен жұмыс істеді, бірақ үш американдық ерекше жақын болды. Уиллстің кеңесімен Раби Лидске Британдық ғылымды дамыту қауымдастығының 97-ші жылдық мәжілісіне барды, онда Вернер Гейзенберг кванттық механика туралы баяндама жасады. Содан кейін Раби Копенгагенге көшіп, Нильс Борға жұмыс істеуге ерікті болып келді. Бор демалыста болғандықтан, Раби молекулалық сутегінің магниттік қасиеттерін есептеумен бірден айналысты. Қазан айында Бор оралғаннан кейін, ол Раби мен Йосио Нишинаның Гамбург университетінде Вольфганг Паулимен бірге жұмысын жалғастыруын ұйымдастырды. Паулимен жұмыс істеу үшін Гамбургке келгенімен, Раби Отто Стерннің екі ағылшын тілді докторанты – Рональд Фрейзер мен Джон Брэдшоу Тейлормен жұмыс істеп жатқанын көрді. Біраз уақыттан соң Раби олармен дос болып, олардың молекулалық сәулелік эксперименттеріне қызығушылық танытты, нәтижесінде Стерн 1943 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын алды. Олардың зерттеулері біркелкі емес магниттік өрістерді қамтыды, оларды басқару қиын және дәл өлшеуге келмейтін. Раби оның орнына молекулалық сәуленің бұрышы бойынша біркелкі өріс қолдану әдісін ойлап тапты, сонда атомдар призма арқылы жарық сияқты бұрылады. Бұл әдіс қолдануға ыңғайлырақ және дәл нәтижелер береді. Стерннің ынталандыруымен және Тейлордің көмегімен Раби өз идеясын іске асыруға қол жеткізді. Стерннің кеңесімен Раби өзінің нәтижелері туралы хатты Nature журналына жолдады, ол 1929 жылдың ақпан айында жарияланды, содан кейін Zeitschrift für Physik журналында «Молекулалық сәулелерді бұру әдісі туралы» (Zur Methode der Ablenkung von Molekularstrahlen) мақаласы жарық көрді. Осы уақытқа қарай Барнард стипендиясының мерзімі аяқталған еді, ал Раби мен Хелен Рокфеллер қорынан айына 182 доллар (доллармен) стипендия алып тұрды. Олар Гамбургтен Лейпцигке көшіп, онда Гейзенбергпен жұмыс істеуді жоспарлады. Лейпцигте ол Роберт Оппенгеймермен, тағы бір Нью-Йорктікпен кездесті. Бұл олардың ұзаққа созылған достығының бастамасы болды. Гейзенберг 1929 жылдың наурызында АҚШ-қа сапарға кеткендіктен, Раби мен Оппенгеймер Паули физика профессоры болған Цюрихтегі ЭТХ-қа баруды шешті. Рабидің физикадағы білімін ол кездескен саланың жетекші ғалымдары – Пол Дирак, Уолтер Гейтлер, Фриц Лондон, Фрэнсис Уилер Лумис, Джон фон Нейман, Джон Слейтер, Лео Силард және Эуген Вигнер байытты.

In May 1927, Rabi was appointed a Barnard Fellow. This came with a stipend of $1,500 ($ in dollars) for the period from September 1927 to June 1928. He immediately applied for a year's leave of absence from the City College of New York so he could study in Europe. When this was refused, he resigned. On reaching Zürich, where he hoped to work for Erwin Schrödinger, he met two fellow Americans, Julius Adams Stratton and Linus Pauling. They found that Schrödinger was leaving, as he had been appointed head of the Theoretical Institute at Friedrich Wilhelm University in Berlin. Rabi therefore decided to seek a position with Arnold Sommerfeld at the University of Munich instead. In Munich, he found two more Americans, Howard Percy Robertson and Edward Condon. Sommerfeld accepted Rabi as a postdoctoral researcher. German physicists Rudolf Peierls and Hans Bethe were also working with Sommerfeld at the time, but the three Americans became especially close. On Wills' advice, Rabi traveled to Leeds for the 97th annual meeting of the British Association for the Advancement of Science, where he heard Werner Heisenberg present a paper on quantum mechanics. Afterwards, Rabi moved to Copenhagen, where he volunteered to work for Niels Bohr. Bohr was on vacation, but Rabi went straight to work on calculating the magnetic susceptibility of molecular hydrogen. After Bohr returned in October, he arranged for Rabi and Yoshio Nishina to continue their work with Wolfgang Pauli at the University of Hamburg. Although he came to Hamburg to work with Pauli, Rabi found Otto Stern working there with two English speaking postdoctoral fellows, Ronald Fraser and John Bradshaw Taylor. Rabi soon made friends with them, and became interested in their molecular beam experiments, for which Stern would receive the Nobel Prize in Physics in 1943. Their research involved non uniform magnetic fields, which were difficult to manipulate and hard to measure accurately. Rabi devised a method of using a uniform field instead, with the molecular beam at a glancing angle, so the atoms would be deflected like light through a prism. This would be easier to use, and produce more accurate results. Encouraged by Stern, and greatly assisted by Taylor, Rabi managed to get his idea to work. On Stern's advice, Rabi wrote a letter about his results to Nature, which published it in February 1929, followed by a paper entitled Zur Methode der Ablenkung von Molekularstrahlen ("On the method of deflection of molecular beams") to Zeitschrift für Physik, where it was published in April. By this time the Barnard Fellowship had expired, and Rabi and Helen were living on a $182 ($ in dollars) per month stipend from the Rockefeller Foundation. They left Hamburg for Leipzig, where he hoped to work with Heisenberg. In Leipzig, he found Robert Oppenheimer, a fellow New Yorker. It would be the start of a long friendship. Heisenberg departed for a tour of the United States in March 1929, so Rabi and Oppenheimer decided to go to the ETH Zurich, where Pauli was now the professor of physics. Rabi's education in physics was enriched by the leaders in the field he met there, which included Paul Dirac, Walter Heitler, Fritz London, Francis Wheeler Loomis, John von Neumann, John Slater, Leó Szilárd and Eugene Wigner.

Молекулалық сәулелер зертханасы

1929 жылдың 26 наурызында Раби Колумбия университетінен жылдық жалақысы 3000 доллар болатын лекция оқу ұсынысын алды. Колумбия университеті физика кафедрасының деканы Джордж Б. Пеграм статистикалық механиканы және кванттық механиканың жаңа пәні бойынша жоғары курс оқыту үшін теориялық физик іздеді, ал Гейзенберг Рабиді ұсынды. Хелен жүкті болғандықтан, Раби тұрақты жұмысқа мұқтаж болды, ал бұл жұмыс Нью-Йоркте болды. Ол келісіп, тамыз айында АҚШ-қа оралды. Раби сол кезде Колумбия университетінің жалғыз еврей факультет мүшесі болды. Раби нашар оқытушы болды. Леон Ледерман студенттердің лекциядан кейін кітапханаға барып, Раби нені айтқанын түсінуге тырысқанын еске алды. Ирвинг Каплан Раби мен Гарольд Урейді «өмірімдегі ең нашар ұстаздар» деп бағалады. Норман Рамзи Рабидің лекцияларын «қорқынышты» деп санады, ал Уильям Ниренберг оны «нашар лектор» деп санады. Лектор ретінде кемшіліктеріне қарамастан, оның ықпалы зор болды. Ол көптеген студенттерін физика мамандығы бойынша білім алуға шабыттандырды, ал кейбіреулері белгілі болды. Рабидің тұңғыш қызы Хелен Элизабет 1929 жылдың қыркүйегінде дүниеге келді. 1934 жылы Маргарет Жоелла есімді екінші қызы дүниеге келді. Оқытушылық міндеттері мен отбасының қамына байланысты зерттеуге уақыты аз болды және Колумбиядағы алғашқы жылында ешқандай еңбек жарияламады, бірақ оны аяқтағаннан кейін ассистент-профессор болып тағайындалды. 1937 жылы профессор болды. 1931 жылы Раби бөлшектер сәулесімен жүргізілетін эксперименттерге қайта оралды. Грегори Брейтпен бірлесіп, ол Брейт-Раби теңдеуін жасады және Стерн-Герлах экспериментін атом ядросының қасиеттерін растау үшін өзгертуге болатынын болжады. Келесі қадам – солай ету еді. Виктор В. Коэннің көмегімен Раби Колумбияда молекулалық сәуле аппаратын құрды. Олардың идеясы күшті магнит өрісінің орнына әлсіз магнит өрісін қолдану еді, олар соданың ядролық спинін анықтауға үміттенді. Эксперимент жүргізілген кезде төрт сәуле табылды, олардан ядролық спин 3/2 екені анықталды. Рабидің молекулалық сәуле зертханасы басқаларды, соның ішінде докторлық диссертациясын литийден оқыған аспирант Сидни Миллманды тарта бастады. Тағы бір адам – Джеррольд Закариас, натрий ядросын түсіну тым қиын болады деп сеніп, ең қарапайым элементті – сутегін зерттеуді ұсынды. Оның дейтерий изотобын 1931 жылы Колумбияда Урей жаңа ғана тапқан, бұл еңбегі үшін 1934 жылы химия саласындағы Нобель сыйлығын алды. Урей оларға ауыр суды да, газ тәрізді дейтерийді де тәжірибелері үшін жеткізе алды. Қарапайымдылығына қарамастан, Стерннің Гамбургтегі тобы сутектің күтілгендей әрекет етпейтінін байқаған. Урей басқа да жолмен көмектесті; ол Рабиге өзінің сыйлық ақшасының жартысын Молекулалық сәуле зертханасын қаржыландыруға берді. Молекулалық сәуле зертханасынан бастау алған басқа да ғалымдар Норман Рамзи, Джулиан Швингер, Джером Келлог және Поликарп Куш болды. Барлығы ер адамдар еді; Раби әйелдер физиктер бола алады деп сенбеді. Ол ешқашан әйелді докторлық немесе докторантурадан кейінгі студентке алмады және әдетте әйелдерді факультет лауазымдарына кандидат ретінде қарсы шықты. С. Ж. Гортердің ұсынысы бойынша команда тербелісті өрісті қолдануға тырысты. Бұл ядролық магниттік резонанс әдісінің негізі болды. 1937 жылы Раби, Куш, Миллман және Захария оны бірнеше литий қосылыстарының магниттік моментін молекулалық сәулелермен, соның ішінде литий хлориді, литий фториді және дилитийді өлшеу үшін қолданды. Бұл әдісті сутегіне қолданған кезде олар протонның моменті сол кездегі қазіргі теорияда болжалғандай 1 емес, 2,785±0,02 ядролық магнетон, ал деутеронның моменті 0,855±0,006 ядролық магнетон екенін анықтады. Бұл 1934 жылы Стерннің тобы тапқан және Раби тобы растаған нәрсенің толығырақ өлшеуін қамтамасыз етті. Деутерон спиндері бір-біріне сәйкес келетін протон мен нейтроннан құралғандықтан, нейтронның магниттік моментін протонның магниттік моментінен деутеронның магниттік моментін алып қосу арқылы анықтауға болады. Нәтижесінде алынған мән нөл емес, протонның белгісіне қарама-қарсы белгіге ие болды. Осы дәл өлшеулердің қызықты артефактілеріне сүйене отырып, Раби деутеронның электрлік төртполюс моментке ие екенін айтты. Бұл жаңалық деутеронның физикалық пішіні симметриялы емес екенін білдірді, бұл ядролық күшті байлайтын нуклеондардың табиғатына құнды түсінік берді. Молекулалық сәуле магниттік резонансты анықтау әдісін жасаған үшін Раби 1944 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын алды.

On March 26, 1929, Rabi received an offer of a lectureship from Columbia, with an annual salary of $3,000. The dean of Columbia's physics department, George B. Pegram, was looking for a theoretical physicist to teach statistical mechanics and an advanced course in the new subject of quantum mechanics, and Heisenberg had recommended Rabi. Helen was now pregnant, so Rabi needed a regular job, and this job was in New York. He accepted, and returned to the United States in August on the Rabi became the only Jewish faculty member at Columbia at the time. Rabi was a poor instructor. Leon Lederman recalled that after a lecture, students would head to the library to try to work out what Rabi had been talking about. Irving Kaplan rated Rabi and Harold Urey as "the worst teachers I ever had". Norman Ramsey considered Rabi's lectures "pretty dreadful", while William Nierenberg felt that he was "simply an awful lecturer". Despite his shortcomings as a lecturer, his influence was great. He inspired many of his students to pursue careers in physics, and some became famous. Rabi's first daughter, Helen Elizabeth, was born in September 1929. A second girl, Margaret Joella, followed in 1934. Between his teaching duties and his family, he had little time for research, and published no papers in his first year at Columbia, but was nonetheless promoted to assistant professor at its conclusion. He became a professor in 1937. In 1931 Rabi returned to particle beam experiments. In collaboration with Gregory Breit, he developed the Breit Rabi equation, and predicted that the Stern–Gerlach experiment could be modified to confirm the properties of the atomic nucleus. The next step was to do so. With the help of Victor W. Cohen, Rabi built a molecular beam apparatus at Columbia. Their idea was to employ a weak magnetic field instead of a strong one, with which they hoped to detect the nuclear spin of sodium. When the experiment was conducted, four beamlets were found, from which they deduced a nuclear spin of 3/2. Rabi's Molecular Beam Laboratory began to attract others, including Sidney Millman, a graduate student who studied lithium for his doctorate. Another was Jerrold Zacharias who, believing that the sodium nucleus would be too difficult to understand, proposed studying the simplest of the elements, hydrogen. Its deuterium isotope had only recently been discovered at Columbia in 1931 by Urey, who received the 1934 Nobel Prize in Chemistry for this work. Urey was able to supply them with both heavy water and gaseous deuterium for their experiments. Despite its simplicity, Stern's group in Hamburg had observed that hydrogen did not behave as predicted. Urey also helped in another way; he gave Rabi half his prize money to fund the Molecular Beam Laboratory. Other scientists whose careers began at the Molecular Beam Laboratory included Norman Ramsey, Julian Schwinger, Jerome Kellogg and Polykarp Kusch. All were men; Rabi did not believe that women could be physicists. He never had a woman as a doctoral or postdoctoral student, and generally opposed women as candidates for faculty positions. At the suggestion of C. J. Gorter, the team attempted to use an oscillating field. This became the basis for the nuclear magnetic resonance method. In 1937, Rabi, Kusch, Millman and Zacharias used it to measure the magnetic moment of several lithium compounds with molecular beams, including lithium chloride, lithium fluoride and dilithium. Applying the method to hydrogen, they found that the moment of a proton was 2.785±0.02 nuclear magnetons, and not 1 as predicted by the then current theory, while that of a deuteron was 0.855±0.006 nuclear magnetons. This provided more accurate measurements of what Stern's team had found, and Rabi's team had confirmed, in 1934. Since a deuteron is composed of a proton and a neutron with aligned spins, the neutron's magnetic moment could be inferred by subtracting the proton's magnetic moment from the deuteron's. The resulting value was not zero, and had a sign opposite to that of the proton. Based on curious artifacts of these more accurate measurements, Rabi suggested that the deuteron had an electric quadrupole moment. This discovery meant that the physical shape of the deuteron was not symmetric, which provided valuable insight into the nature of the nuclear force binding nucleons. For the creation of the molecular beam magnetic resonance detection method, Rabi was awarded the Nobel Prize in Physics in 1944.

Екінші дүниежүзілік соғыс

1940 жылдың қыркүйегінде Раби АҚШ армиясының баллистикалық зерттеулер зертханасының ғылыми кеңесші комитетіне мүше болды. Сол айда британдық "Тизард" миссиясы АҚШ-қа бірқатар жаңа технологиялар әкелді, соның ішінде қуыс магнитрон – электр тогы ағынының магнит өрісімен өзара әрекеттесуі арқылы микротолқындарды шығаратын жоғары қуатты құрылғы. Бұл құрылғы радар технологиясын революциялау мүмкіндігін ұсынды, сондықтан Ұлттық қорғаныс зерттеу комитетінің мүшесі Альфред Ли Лумис Массачусетс технология институтында (МТИ) осы радар технологиясын дамыту үшін жаңа зертхана құруды шешті. Зертханаға "Радиациялық зертхана" деген ат берілді, ол көзге түспеу үшін және Беркли радиациялық зертханасына құрмет көрсету үшін таңдалды. Лумис оны басқару үшін Ли Дюбриджді шақырды. 1940 жылдың қазанында МТИ-де өткен қолданбалы ядролық физика конференциясында Лумис пен Дюбридж жаңа зертхана үшін физиктерді тартты. Раби де еріктілердің қатарында болды. Оның міндеті – магнитронды зерттеу еді, ол соншалықты құпия болғандықтан, сейфте сақталуы тиіс еді. Радиациялық зертхананың ғалымдары 1941 жылдың 6 қаңтарына дейін микротолқынды радар құрастыруды және наурыз айына дейін Дуглас А-20 Havoc ұшағына прототип орнатуды мақсат етті. Бұл орындалды; технологиялық қиындықтар біртіндеп еңсерілді және жұмыс істейтін АҚШ микротолқынды радары жасалды. Магнитрон Атлантиканың екі жағында да жетілдірілді, бұл толқын ұзындығын 150 см-ден 10 см-ге, содан кейін 3 см-ге дейін қысқартуға мүмкіндік берді. Зертханада су асты кемелерін анықтауға арналған әуеден-жерге радар, атыс басқаруға арналған SCR-584 радары және ұзақ қашықтықтағы радио навигациялық жүйе – LORAN әзірленді. Рабидің ұсынысымен Колумбияда Радиациялық зертхананың филиалы құрылды, оны Раби басқарды. 1942 жылы Роберт Оппенгеймер Раби мен Роберт Бахерді Лос-Аламос зертханасындағы жаңа құпия жобаға жұмыс істеуге шақыруға тырысты. Олар Оппенгеймерді әскери зертхананы құру жоспарының жұмыс істемейтіндігіне көндірді, себебі ғылыми күш-жігер азаматтық сипатта болуы керек еді. Жоспар өзгертілді, жаңа зертхана азаматтық болып, Калифорния университеті соғыс департаментімен келісімшарт бойынша басқаратын болды. Ақырында Раби батысқа бармады, бірақ Манхэттен жобасының консультанты болып қызмет етуге келісті. Раби 1945 жылдың шілдесінде "Тринити" сынағына қатысты. "Тринитиде" жұмыс істейтін ғалымдар сынақтың қуатын болжап, тігіс құрды, болжамдар толық сәтсіздіктен бастап 45 килотонна TNT эквивалентіне (кт) дейін болды. Раби кеш келді және қалған жалғыз тігіс 18 килотонналық екенін анықтады, оны сатып алды. Дәнекерлеу көзілдігін киіп, Рамзи мен Энрико Фермимен бірге нәтижені күтті. Жарылыс күші 18,6 килотоннаға бағаланды, және Раби тігіске жеңіп алды.

In September 1940, Rabi became a member of the Scientific Advisory Committee of the U. S. Army's Ballistic Research Laboratory. That month, the British Tizard Mission brought a number of new technologies to the United States, including a cavity magnetron, a high powered device that generates microwaves using the interaction of a stream of electrons with a magnetic field. This device promised to revolutionize radar, so Alfred Lee Loomis of the National Defense Research Committee decided to establish a new laboratory at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) to develop this radar technology. The name Radiation Laboratory was chosen as both unremarkable and a tribute to the Berkeley Radiation Laboratory. Loomis recruited Lee DuBridge to run it. Loomis and DuBridge recruited physicists for the new laboratory at an Applied Nuclear Physics conference at MIT in October 1940. Among those who volunteered was Rabi. His assignment was to study the magnetron, which was so secret that it had to be kept in a safe. The Radiation Laboratory scientists set their sights on producing a microwave radar set by January 6, 1941, and having a prototype installed in a Douglas A 20 Havoc by March. This was done; the technological obstacles were gradually overcome, and a working US microwave radar set was produced. The magnetron was further developed on both sides of the Atlantic to permit a reduction in wavelength from 150 cm to 10 cm, and then to 3 cm. The laboratory went on to develop air to surface radar to detect submarines, the SCR 584 radar for fire control, and LORAN, a long range radio navigation system. At Rabi's instigation, a branch of the Radiation Laboratory was located at Columbia, with Rabi in charge. In 1942 Robert Oppenheimer attempted to recruit Rabi and Robert Bacher to work at the Los Alamos Laboratory on a new secret project. They convinced Oppenheimer that his plan for a military laboratory would not work, since a scientific effort would need to be a civilian affair. The plan was modified, and the new laboratory would be a civilian one, run by the University of California under contract from the War Department. In the end, Rabi still did not go west, but did agree to serve as a consultant to the Manhattan Project. Rabi attended the Trinity test in July 1945. The scientists working on Trinity set up a betting pool on the yield of the test, with predictions ranging from total dud to 45 kilotons of TNT equivalent (kt). Rabi arrived late and found the only entry left was for 18 kilotons, which he purchased. Wearing welding goggles, he waited for the result with Ramsey and Enrico Fermi. The blast was rated at 18.6 kilotons, and Rabi won the pool.

Кейінгі өмірі

1945 жылы Раби Флойд К. Рихтмайердің құрметіне Физика мұғалімдерінің американдық қауымдастығы өткізген Рихтмайердің естелік лекциясын оқыды, онда ол атомдардың магниттік резонансын сағаттың негізі ретінде пайдалану мүмкіндігін ұсынды. Уильям Л. Лоуренс осы туралы «Нью-Йорк Таймс» газетінде «'Космикалық маятник' сағат жоспарлануда» деген тақырыппен жазды. Көп ұзамай Захариас және Рамзи осындай атомдық сағатты жасады. Раби магниттік резонанс бойынша зерттеулерін шамамен 1960 жылға дейін белсенді түрде жүргізді, бірақ ол өмірінің соңына дейін конференциялар мен семинарларда қатысып тұрды. Раби 1945 жылдан 1949 жылға дейін Колумбия университетінің физика кафедрасын басқарды, сол кезде онда екі Нобель сыйлығының иегері (Раби және Энрико Ферми) және он бір болашақ лауреат болды, оның ішінде жеті профессор (Поликарп Куш, Уиллис Лэмб, Мария Гепперт Майер, Джеймс Рейнвотер, Норман Рамзи, Чарльз Таунс және Хидеки Юкава), ғылыми қызметкер (Ааге Бор), қонақ профессор (Ханс Бете), докторант (Леон Ледерман) және бакалавр (Леон Купер) бар еді. 1995 жылы Нобель сыйлығын Рабидің докторанты Мартин Л. Перл жеңіп алды. Раби Колумбияда физика пәнінен Юджин Хиггинс атындағы профессор болды, бірақ 1964 жылы Колумбия университеті «университет профессоры» деген атақты құрғанда, Раби осы атақты алған алғашқы адам болды. Бұл оған қалаған зерттеулерін жүргізуге немесе оқытуға мүмкіндік берді. 1967 жылы оқытушылық қызметтен зейнеткерлікке шықты, бірақ кафедрада белсенді болып, өмірінің соңына дейін Университет профессоры атағын сақтап қалды. 1985 жылы оның құрметіне арнайы кафедра ашылды. 1952 жылы Раби Қорғаныс жұмылдыру кеңсесінің Ғылыми кеңесші комитетіне (ҒКК) мүше болып тағайындалды және 1956-1957 жылдары оның төрағасы болды. Бұл «Спутник» дағдарысымен бірге болды. Президент Дуайт Эйзенхауэр 1957 жылдың 15 қазанында КСРО-ның жаңа жетістіктеріне АҚШ қандай жауап беруі мүмкін екенін анықтау үшін ҒКК-мен кездесті. Раби, Эйзенхауэрді Колумбия университетінің президенті қызметін атқарған кезінен таныған, алғашқы болып сөз сөйлеп, бірқатар ұсыныстар жасады, олардың бірі – комитетті күшейту, осылайша президентке уақтылы кеңес беруге болатын еді. Осылай істелді және бірнеше аптадан кейін ҒКК Президенттің ғылыми кеңесші комитетіне айналды. Ол сондай-ақ Эйзенхауэрдің ғылыми кеңесшісі болды. 1956 жылы Раби «Нобска» жобасы бойынша су астына қарсы күрес конференциясына қатысты, онда талқылаулар океанографиядан ядролық қаруларға дейін барлық мәселелерді қамтыды. Ол «бағдарламалық инженерия» терминінің пайда болған кездегі НАТО ғылыми комитетінде АҚШ өкілі болып қызмет етті. Осы қызметін атқарып жүргенде, ол көптеген ірі бағдарламалық жобалардың кешіктіріліп жатқанына қынжылды. Бұл бағдарламалық жасақтаманы жасау жөніндегі алғашқы конференцияны ұйымдастырған зерттеу тобының құрылуына себеп болған пікірталасқа түрткі болды.

In 1945, Rabi delivered the Richtmyer Memorial Lecture, held by the American Association of Physics Teachers in honor of Floyd K. Richtmyer, wherein he proposed that the magnetic resonance of atoms might be used as the basis of a clock. William L. Laurence wrote it up for The New York Times, under the headline "'Cosmic pendulum' for clock planned". Before long Zacharias and Ramsey had built such atomic clocks. Rabi actively pursued his research into magnetic resonance until about 1960, but he continued to make appearances at conferences and seminars until his death. Rabi chaired Columbia's physics department from 1945 to 1949, during which time it was home to two Nobel laureates (Rabi and Enrico Fermi) and eleven future laureates, including seven faculty (Polykarp Kusch, Willis Lamb, Maria Goeppert Mayer, James Rainwater, Norman Ramsey, Charles Townes and Hideki Yukawa), a research scientist (Aage Bohr), a visiting professor (Hans Bethe), a doctoral student (Leon Lederman) and an undergraduate (Leon Cooper). Martin L. Perl, a doctoral student of Rabi's, won the Nobel Prize in 1995. Rabi was the Eugene Higgins professor of physics at Columbia but when Columbia created the rank of university professor in 1964, Rabi was the first to receive such a chair. This meant that he was free to research or teach whatever he chose. He retired from teaching in 1967 but remained active in the department and held the title of University Professor Emeritus until his death. A special chair was named after him in 1985. Rabi was appointed a member of the Science Advisory Committee (SAC) of the Office of Defense Mobilization in 1952, serving as its chairman from 1956 to 1957. This coincided with the Sputnik crisis. President Dwight Eisenhower met with the SAC on October 15, 1957, to seek advice on possible US responses to the Soviet satellite success. Rabi, who knew Eisenhower from the latter's time as president of Columbia, was the first to speak, and put forward a series of proposals, one of which was to strengthen the committee so it could provide the President with timely advice. This was done, and the SAC became the President's Science Advisory Committee a few weeks later. He also became Eisenhower's Science Advisor. In 1956 Rabi attended the Project Nobska anti submarine warfare conference, where discussion ranged from oceanography to nuclear weapons. He served as the US Representative to the NATO Science Committee at the time that the term "software engineering" was coined. While serving in that capacity, he bemoaned the fact that many large software projects were delayed. This prompted discussions that led to the formation of a study group that organized the first conference on software engineering.

Құрметтер

Раби өмірінде Нобель сыйлығынан өзге де көптеген наградалар алды. Олардың ішінде 1942 жылы Франклин институтының Эллиотт Крессон медалі, 1948 жылы Ұлыбританиядан бостандық жолындағы қызметі үшін Медаль және Король медалі, 1967 жылы Нильс Бордың халықаралық алтын медалі мен «Бейбітшілік үшін атомдар» сыйлығы, 1982 жылы Америка физика мұғалімдері қауымдастығының Оерстед медалі, 1985 жылы Франклин және Элеонора Рузвельт институтының «Төрт бостандық» сыйлығы және Ұлттық ғылым академиясының қоғамдық игілік медалі, Американдық жетістіктер академиясының «Алтын тақта» сыйлығы және 1986 жылы Ұлттық ғылым қорынан Ванневар Буш сыйлығы берілді. Ол 1931 жылы сайланған Америка физика қоғамының мүшесі болды және 1950 жылы оның президенті қызметін атқарды, сондай-ақ Ұлттық ғылым академиясының, Америка философиялық қоғамының және Америка өнер мен ғылым академиясының мүшесі болды. Ол Жапон академиясы мен Бразилия ғылым академиясының мүшелігімен халықаралық деңгейде танылды, ал 1959 жылы Израильдегі Вейцман ғылым институтының басқарма мүшесі болып тағайындалды. Франциядағы Превсин қаласында орналасқан CERN-де Раби атындағы көше де бар. Колумбия университетінің И.И. Раби стипендиясы бағдарламасы Колумбия колледжіне түсетін ең жақсы ғылым студенттеріне көмектеседі.

Өлім

Раби 1988 жылғы 11 қаңтарда Манхэттендегі Риверсайд-Драйвтағы үйінде қатерлі ісіктен қайтыс болды. Оның әйелі, Елен, одан кейін 2005 жылғы 18 маусымда 102 жасында дүние салды. Өмірінің соңғы күндерінде дәрігерлер оны магниттік-резонанстық томография арқылы тексерген кезде, ол ең үлкен жетістігін еске түсірді – бұл технология оның магниттік резонанс саласындағы маңызды зерттеулерінің нәтижесінде дамыған еді. Машинаның ішкі беті жылтырағандықтан, ол: «Мен өзімді сол машинада көрдім. Менің еңбегім осы деңгейге жетеді деп ешқашан ойламаған едім», – деді.

Танымал мәдениетте

Рабиді 1980 жылғы «Оппенгеймер» телесериалында Барри Деннен, ал 2023 жылғы «Оппенгеймер» фильмінде Дэвид Крумгольц сомдады.