Кліффорд Р. Шулл непросто спостерігав атомами. Він придумав, як побачити їх за допомогою невидимих частинок, що просочуються крізь тверді об’єкти, подібно до привидів.
Народившись у Піттсбурзі в 1915 році, Шулл став однією з найважливіших постатей у фізиці XX століття. Він помер у Медфорді, штат Массачусетс, у 2001 році. Але його спадщина живе в кожному вченому-матеріалознавці, якому потрібно знати, що відбувається всередині металевого сплаву або кристалічних ґрат.
1994 року він розділив Нобелівську премію з фізики з Бертрамом М. Брокхаузом. Нагорода була присуджена за конкретне досягнення: методи нейтронного розсіювання. Зокрема, нейтронну дифракцію.
То була не просто теорія. То був інструмент. І він змінив те, як ми аналізуємо речовину.
Метод «примарної» частки
Щоб зрозуміти важливість роботи Шулла, потрібно розібратися із проблемою світла. Видимий світло має довжину хвилі. Атоми менші від цієї довжини хвилі. Тому з допомогою звичайного мікроскопа неможливо побачити окремі атоми. Це все одно, що намагатися відчути форму піщинки, одягнувши жароміцні рукавиці.
Шулл використовував нейтрони.
Нейтрони немає електричного заряду. Вони не відштовхуються від електронів, як це роблять електрони. Вони проходять прямо крізь електронні хмари, які оточують атоми. Це робить їх ідеальними для дослідження ядра та самої атомної структури.
Метод Шулла був елегантним. Він узяв пучок нейтронів із однією довжиною хвилі. Направив його на матеріал. Нейтрони стикалися з атомами цього матеріалу. Вони розсіювалися.
Картина, що вийшла, фіксувалася на фотоплівці. Ця картина розкривала відносне становище атомів. Це було схоже на одержання відбитка пальця для речовини.
Від Оук-Ріджа до MIT
Кар’єрний шлях Шулла був лінійним. 1937 року він отримав ступінь бакалавра наук у Технологічному інституті Карнегі. Потім 1941 року — ступінь доктора філософії в Нью-Йоркському університеті.
Але справжня робота розпочалася у Національній лабораторії Оук-Рідж у Теннессі.
З 1946 по 1955 Шулл працював під керівництвом Ернеста О. Воллана. Воллан був піонером досліджень у галузі нейтронного розсіювання. Шулл спирався на фундамент. Він не просто повторював роботу. Він удосконалював її.
Він продемонстрував магнітну дифракцію. Це було величезне досягнення. Воно дозволило вченим побачити, як магнітні моменти розташовані у матеріалах. Це допомогло пояснити надпровідність та інші магнітні явища.
Він також допоміг розробці інструментів для рутинного кристалографічного аналізу. До Шулла нейтронна дифракція була нішевим експериментом. Після цього вона стала стандартним інструментом.
Чому це все ще важливо
У 1955 році Шулл переїхав до Массачусетського технологічного інституту (MIT). Він залишався там до виходу на пенсію у 1986 році. Він викладав. Він проводив дослідження. Він продовжував розширювати межі того, що можна виміряти.
Сьогодні методи нейтронного розсіювання використовуються повсюдно.
- Вони допомагають створювати досконаліші акумулятори.
- Вони аналізують напругу у крилах літаків.
– Вони вивчають структуру білків для розробки ліків.
Базовий принцип не помінявся. Пучок нейтронів попадає на зразок. Розсіяні нейтрони повідомляють, де знаходяться атоми.
Але спектр застосування вибухоподібно розширився.
Шулл показав нам, що якщо ви не можете побачити щось з
