Clifford G. Shull betrachtete nicht nur Atome. Er fand heraus, wie man sie mithilfe unsichtbarer Partikel sehen kann, die wie Geister durch feste Objekte schlüpfen.

Shull wurde 1915 in Pittsburgh geboren und entwickelte sich zu einer der bedeutendsten Persönlichkeiten der Physik des 20. Jahrhunderts. Er starb 2001 in Medford, Massachusetts. Aber sein Erbe lebt in jedem Materialwissenschaftler weiter, der wissen muss, was im Inneren einer Metalllegierung oder eines Kristallgitters passiert.

1994 erhielt er gemeinsam mit Bertram N. Brockhouse den Nobelpreis für Physik. Mit der Auszeichnung wurde ein konkreter Durchbruch gewürdigt: Neutronenstreutechniken. Insbesondere Neutronenbeugung.

Das war nicht nur Theorie. Es war ein Werkzeug. Und es hat die Art und Weise verändert, wie wir Materie analysieren.

Die Ghost-Partikel-Methode

Um zu verstehen, warum Shulls Arbeit wichtig ist, muss man das Problem mit Licht verstehen. Sichtbares Licht hat eine Wellenlänge. Atome sind kleiner als diese Wellenlänge. Daher kann man mit einem Standardmikroskop keine einzelnen Atome sehen. Es ist, als würde man versuchen, die Form eines Sandkorns zu ertasten, während man Topflappen trägt.

Shull verwendete Neutronen.

Neutronen haben keine elektrische Ladung. Sie prallen nicht wie Elektronen von Elektronen ab. Sie dringen direkt durch die Elektronenwolken um die Atome hindurch. Dadurch eignen sie sich perfekt für die Untersuchung des Kerns und der Atomstruktur selbst.

Shulls Methode war elegant. Er nahm einen Strahl aus Neutronen mit einer einzigen Wellenlänge. Er schoss auf ein Material. Die Neutronen treffen auf die Atome in diesem Material. Sie zerstreuten sich.

Das resultierende Muster wurde auf einem Fotofilm aufgezeichnet. Dieses Muster enthüllte die relativen Positionen von Atomen. Es war, als würde man einen Fingerabdruck für die Materie bekommen.

Von Oak Ridge zum MIT

Shulls Karriereweg verlief nicht linear. Er hat seinen B.S. 1937 erhielt er seinen Ph.D. vom Carnegie Institute of Technology. von der New York University im Jahr 1941.

Aber die eigentliche Arbeit fand in den Oak Ridge National Laboratories in Tennessee statt.

Von 1946 bis 1955 arbeitete Shull unter Ernest O. Wollan. Wollan war der Pionier der Neutronenstreuforschung. Shull baute auf diesem Fundament auf. Er hat die Arbeit nicht einfach nachgeahmt. Er hat es verfeinert.

Er demonstrierte die magnetische Beugung. Das war riesig. Dadurch konnten Wissenschaftler sehen, wie magnetische Momente in Materialien angeordnet sind. Dies trug zur Erklärung der Supraleitung und anderer magnetischer Phänomene bei.

Er half auch bei der Entwicklung von Instrumenten für die routinemäßige kristallographische Analyse. Vor Shull war die Neutronenbeugung ein Nischenexperiment. Nach ihm war es ein Standardwerkzeug.

Warum es immer noch wichtig ist

Shull wechselte 1955 an das Massachusetts Institute of Technology (MIT). Dort blieb er bis zu seiner Pensionierung im Jahr 1986. Er lehrte. Er hat recherchiert. Er verschob immer wieder die Grenzen dessen, was gemessen werden konnte.

Heutzutage werden überall Neutronenstreuungstechniken eingesetzt.

  • Sie helfen bei der Entwicklung besserer Batterien.
  • Sie analysieren Spannungen in Flugzeugflügeln.
  • Sie untersuchen Proteinstrukturen für die Arzneimittelentwicklung.

Das Grundprinzip hat sich nicht geändert. Ein Neutronenstrahl trifft auf eine Probe. Die gestreuten Neutronen verraten uns, wo sich die Atome befinden.

Aber die Bewerbungen sind explodiert.

Shull hat uns gezeigt, dass man mit etwas nichts sehen kann