Clifford G. Shull nie tylko obserwował atomy. Wymyślił, jak je zobaczyć, używając niewidzialnych cząstek, które przenikają przez obiekty stałe, takie jak duchy.

Urodzony w Pittsburghu w 1915 roku Shull stał się jedną z najważniejszych postaci fizyki XX wieku. Zmarł w Medford w stanie Massachusetts w 2001 roku. Jednak jego dziedzictwo żyje w pamięci każdego naukowca zajmującego się materiałami, który musi wiedzieć, co dzieje się wewnątrz stopu metalu lub sieci krystalicznej.

W 1994 r. podzielił się Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki z Bertramem N. Brockhousem. Nagroda została przyznana za konkretne osiągnięcie: metody rozpraszania neutronów. W szczególności dyfrakcja neutronów.

To nie była tylko teoria. To było narzędzie. Zmieniło to sposób, w jaki analizujemy materię.

Metoda cząstek duchów

Aby zrozumieć znaczenie pracy Shulla, musimy zrozumieć problem światła. Światło widzialne ma długość fali. Atomy są mniejsze niż ta długość fali. Dlatego za pomocą konwencjonalnego mikroskopu nie da się zobaczyć pojedynczych atomów. To jakby próbować poczuć kształt ziarenka piasku, mając na sobie rękawice odporne na ciepło.

Shull użył neutronów.

Neutrony nie mają ładunku elektrycznego. Nie odpychają elektronów tak jak elektrony. Przechodzą przez chmury elektronów otaczające atomy. Dzięki temu idealnie nadają się do badania jądra i samej struktury atomowej.

Metoda Shulla była elegancka. Wziął wiązkę neutronów o jednej długości fali. Skierowałem go do materiału. Neutrony zderzały się z atomami tego materiału. Były rozproszone.

Powstały obraz został zarejestrowany na kliszy fotograficznej. To zdjęcie ujawniło względne położenie atomów. To było jak pobranie odcisku palca dla substancji.

Z Oak Ridge do MIT

Ścieżka kariery Shulla nie była liniowa. W 1937 roku uzyskał tytuł licencjata w Carnegie Institute of Technology. Następnie w 1941 roku uzyskał stopień doktora na Uniwersytecie Nowojorskim.

Prawdziwa praca rozpoczęła się jednak w Narodowym Laboratorium Oak Ridge w Tennessee.

Od 1946 do 1955 Shull pracował pod kierunkiem Ernesta O. Vollana. Wolland był pionierem w badaniach nad rozpraszaniem neutronów. Shull zbudował na tym fundamencie. Nie tylko powtórzył tę pracę. Udoskonalił to.

Zademonstrował dyfrakcję magnetyczną. To było ogromne osiągnięcie. Pozwoliło to naukowcom zobaczyć, jak momenty magnetyczne układają się w materiałach. Pomogło to wyjaśnić nadprzewodnictwo i inne zjawiska magnetyczne.

Pomógł także opracować narzędzia do rutynowej analizy krystalograficznej. Przed Shullem dyfrakcja neutronów była eksperymentem niszowym. Po nim stał się standardowym instrumentem.

Dlaczego to wciąż ma znaczenie

W 1955 Shull przeniósł się do Massachusetts Institute of Technology (MIT). Pozostał tam do przejścia na emeryturę w 1986 roku. Prowadził działalność pedagogiczną. Zrobił badania. Kontynuował przesuwanie granic tego, co można zmierzyć.

Obecnie wszędzie stosuje się metody rozpraszania neutronów.

  • Pomagają tworzyć lepsze baterie.
  • Analizują naprężenia w skrzydłach samolotu.
  • Badają strukturę białek, aby opracować leki.

Podstawowa zasada się nie zmieniła. Wiązka neutronów uderza w próbkę. Rozproszone neutrony mówią nam, gdzie znajdują się atomy.

Ale zakres zastosowań rozszerzył się wykładniczo.

Shull pokazał nam, że jeśli czegoś nie widać