Shull, Clifford Glenwood
Shull, Clifford Glenwood
Fisico statunitense, nato a Pittsburgh (Pennsylvania) il 23 settembre 1915. Laureatosi presso il Carnegie Institute of Technology di Pittsburgh (1937), ha conseguito il Ph.D. in fisica alla New York University (1941). Negli anni di dottorato ha collaborato con F. Myers e R. Huntoon alla costruzione di un acceleratore Cockroft-Walton da 200 keV in grado di accelerare deuterio e alla progettazione di un nuovo acceleratore di Van de Graaff da 400 keV per elettroni, tramite il quale ha realizzato un'esperienza di doppio scattering dell'elettrone, all'epoca ritenuta una delle più valide verifiche sperimentali dello spin degli elettroni. Dal 1941 al 1946 ha lavorato presso il laboratorio di ricerca della compagnia petrolifera Texas a Beacon (N.Y.), dove si è occupato, mediante tecniche basate sull'assorbimento dei gas, sulla diffrazione e sullo scattering di raggi X, dei problemi connessi all'uso di lubrificanti e carburanti. Trasferitosi nel 1946 presso il Clinton Laboratory (oggi Oak Ridge National Laboratory) in Tennessee, si è dedicato, insieme a E. Wollan, a ricerche sulla diffrazione neutronica, che gli avrebbero valso in seguito il conferimento del premio Nobel (non condiviso da Wollan a causa della sua scomparsa avvenuta nel 1984). Dal 1955 ha insegnato presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) dove, dal 1986, è professore emerito. S. ha contribuito a importanti ricerche riguardanti la magnetizzazione interna dei cristalli, lo scattering dinamico in cristalli perfetti, lo sviluppo di tecnologie di fasci polarizzati e le proprietà fondamentali dei neutroni.
Membro della National Academy of Sciences e della American Academy of Arts and Sciences, S. nel 1994 ha ricevuto il premio Nobel per la fisica, insieme a B.N. Brockhouse, per una serie di ricerche pionieristiche sulle tecniche di scattering neutronico applicate allo studio della materia condensata. In particolare, S. e Brockhouse sono stati premiati per il contributo che hanno rispettivamente dato allo sviluppo delle tecniche di diffrazione e di spettroscopia neutronica.
Lo scattering neutronico si è dimostrato lo strumento di analisi che, preso singolarmente, più di ogni altro fornisce informazioni in grado di spiegare struttura e dinamica di solidi e fluidi. In particolare, esso è in grado di fornire informazioni addizionali rispetto a quelle ottenibili mediante diffrazione di raggi X e di fasci elettronici. I neutroni infatti, in quanto neutri, penetrano nei materiali per alcuni centimetri, contro i millimetri degli elettroni con energia di qualche MeV. In un fascio di neutroni la componente che non cambia la propria energia in conseguenza dell'interazione con la materia (scattering elastico) viene semplicemente diffratta in particolari direzioni che dipendono dalla disposizione degli atomi del campione. Dalla distribuzione angolare dei neutroni, cioè dalla figura di diffrazione, è possibile risalire alla struttura del materiale. La componente neutronica che cambia la propria velocità a seguito dell'interazione (scattering anelastico) permette di ottenere informazioni addizionali sui movimenti (oscillazioni singole e collettive) degli atomi, ovvero, in altri termini, sulla loro dinamica.
Una delle più rilevanti applicazioni delle tecniche neutroniche riguarda lo studio dell'idrogeno, elemento fondamentale della materia biologica e largamente presente nei composti inorganici. La localizzazione di tale elemento nelle diverse strutture è praticamente impossibile con altre tecniche. Diversamente, essendo il nucleo dell'atomo di idrogeno un centro di scattering neutronico molto efficiente, la sua posizione può essere determinata mediante la diffrazione neutronica. Le ricerche per individuare come l'idrogeno si trovi effettivamente legato nei metalli idrogenati e nei composti organici sono tuttora piuttosto intense. Un'ulteriore importante applicazione delle tecniche neutroniche si ritrova nello studio dei materiali magnetici, in quanto i neutroni sono dotati di momento magnetico. La diffrazione neutronica ha assunto un ruolo egemone in tale settore: in particolare è risultata fondamentale nel processo di sviluppo dei nuovi materiali magnetici che hanno trovato negli ultimi anni una vasta applicazione nelle memorie di massa dei computer, nelle testine di lettura-registrazione di apparecchiature audio-video, nei magneti leggeri. Tecniche di scattering neutronico sono inoltre ampiamente usate in differenti campi quali lo studio dei superconduttori ceramici, dei semiconduttori amorfi, dei catalizzatori esausti, delle proprietà elastiche di polimeri e della struttura dei virus. L'importanza di tali tecniche, che permettono di conoscere sia la posizione degli atomi sia le loro interazioni in un materiale, è fondamentale, quindi, nella 'progettazione' di nuovi materiali con caratteristiche migliori per specifiche applicazioni tecnologiche.
Lo sviluppo di tali tecniche è tuttora in corso e vede coinvolti un gran numero di scienziati e specifiche strutture di ricerca sorte in tutto il mondo. Tra le più rilevanti vanno ricordate l'Institut Laue-Langevin di Grenoble (Francia), il Rutherford Appleton Laboratory (UK) e il National Institute of Science and Technology (USA).