Клиффорд Г. Шулл не просто наблюдал за атомами. Он придумал, как увидеть их с помощью невидимых частиц, которые просачиваются сквозь твердые объекты, подобно призракам.

Родившись в Питтсбурге в 1915 году, Шулл стал одной из самых важных фигур в физике XX века. Он умер в Медфорде, штат Массачусетс, в 2001 году. Но его наследие живет в каждом ученом-материаловедe, которому нужно знать, что происходит внутри металлического сплава или кристаллической решетки.

В 1994 году он разделил Нобелевскую премию по физике с Бертрамом Н. Брокхаузом. Награда была присуждена за конкретное достижение: методы нейтронного рассеяния. В частности, нейтронную дифракцию.

Это была не просто теория. Это был инструмент. И он изменил то, как мы анализируем вещество.

Метод «призрачной» частицы

Чтобы понять важность работы Шулла, нужно разобраться с проблемой света. Видимый свет имеет длину волны. Атомы меньше этой длины волны. Поэтому с помощью обычного микроскопа невозможно увидеть отдельные атомы. Это все равно что пытаться ощутить форму песчинки, надев жаропрочные рукавицы.

Шулл использовал нейтроны.

Нейтроны не имеют электрического заряда. Они не отталкиваются от электронов, как это делают электроны. Они проходят прямо сквозь электронные облака, окружающие атомы. Это делает их идеальными для исследования ядра и самой атомной структуры.

Метод Шулла был элегантным. Он взял пучок нейтронов с одной длиной волны. Направил его на материал. Нейтроны сталкивались с атомами этого материала. Они рассеивались.

Получившаяся картина фиксировалась на фотопленке. Эта картина раскрывала относительное положение атомов. Это было похоже на получение отпечатка пальца для вещества.

От Оук-Риджа до MIT

Карьерный путь Шулла не был линейным. В 1937 году он получил степень бакалавра наук в Технологическом институте Карнеги. Затем в 1941 году — степень доктора философии в Нью-Йоркском университете.

Но настоящая работа началась в Национальной лаборатории Оук-Ридж в Теннесси.

С 1946 по 1955 год Шулл работал под руководством Эрнеста О. Воллана. Воллан был пионером исследований в области нейтронного рассеяния. Шулл опирался на этот фундамент. Он не просто повторял работу. Он совершенствовал ее.

Он продемонстрировал магнитную дифракцию. Это было огромным достижением. Оно позволило ученым увидеть, как магнитные моменты расположены в материалах. Это помогло объяснить сверхпроводимость и другие магнитные явления.

Он также помог в разработке инструментов для рутинного кристаллографического анализа. До Шулла нейтронная дифракция была нишевым экспериментом. После него она стала стандартным инструментом.

Почему это все еще важно

В 1955 году Шулл переехал в Массачусетский технологический институт (MIT). Он оставался там до выхода на пенсию в 1986 году. Он преподавал. Он проводил исследования. Он продолжал расширять границы того, что можно измерить.

Сегодня методы нейтронного рассеяния используются повсеместно.

  • Они помогают создавать более совершенные аккумуляторы.
  • Они анализируют напряжение в крыльях самолетов.
  • Они изучают структуру белков для разработки лекарств.

Базовый принцип не изменился. Пучок нейтронов попадает на образец. Рассеянные нейтроны сообщают нам, где находятся атомы.

Но спектр применений взрывообразно расширился.

Шулл показал нам, что если вы не можете увидеть что-то с