Fizikai
Nobel-díj Az 1994. évi fizikai Nobel-díjat C. G. Shull és B. N. Brockhouse kapták megosztva a neutron-anyagvizsgálat módszerének kidolgozásában kifejtett úttörő fontosságú munkásságuk elismeréseképpen.
Az a tény, hogy most mintegy fél évszázaddal ezelőtt megkezdődött vizsgálatsorozat elindítóit érte a díj megtiszteltetése, egyfelől azt a korszakalkotó fontosságú anyagvizsgálati módszert minősíti, ami azóta kimagasló történeti érdemeket szerzett. Így tehát a Nobel-bizottságnak bizonyára adósságtörlesztési szándék is motiválhatta a döntését. Ilyesmi már előfordult néhány alkalommal a díj történetében. Másfelől azonban ez a tény azt is tükrözi, hogy a Bizottság szándékát nem nagyon terelték el erről a témáról a közelmúlt más, még annyira látványos-hangzatos szenzációk pl. a részecskefizika területéről. Bizonyára azért, mert az a témakör “jól áll” már a díjazásban, az “új” eredmények talán “csak” folyományai korábbi díjjal már koronázott kutatásoknak. Mindenképpen az a benyomásunk, hogy most ismét az amerikai klasszikus kutatás érdemeit ismerték el. Azt az amerikai (és kanadai, mindenképpen újvilági) fizikát, amely a világháború után alap- és alkalmazott kutatásban egyaránt világméretű meghatározó tényezővé nőtte ki magát. Neutronokkal a mágnesség titkai nyomában A
mágnesség a szilárd testeknek olyan tulajdonsága, amely valahogyan az
atomokban mozgó elektronok köráramaival (diamágnesség), ill. az elektronok
mint nemcsak töltések, hanem saját mágneses nyomatékkal bíró elemi részek
csoportos rendeződésével kapcsolatos jelenségkör (ferromágnesség). Ez
a felismerés szükségképpen, az elektronspin felfedezését követően,
a húszas évek végén születhetett csak meg. A neutronok felfedezése (1931)
majd a nyalábok előállítása természetes neutronforrásokból, ill. később
atomreaktorokból, lehetővé tette többek között ennek a koncepciónak a
kísérleti ellenőrzését. De erre lényegében mégis a negyvenes évek végéig
kellett várni. Mindenesetre Shull nevét már ott találjuk az első olyan
kutatási jelentéseken, amelyek akkor e témával foglalkoztak. Az eljárás
lényege, hogy a neutronnyaláb a neutronok mágneses nyomatéka miatt érzékeny
a szilárd test szerkezetében az elektronok kompenzálatlan mágneses nyomatékaira,
viszont a neutron töltéssemlegessége folytán aránylag zavartalanul képes
a szilárd test rácsában lévő elektronfelhőben közlekedni. A neutronszórás
vizsgálata polikristályos MnO mintán, amivel Shull kísérleti kutatásai
elkezdődtek, éppen ezért tudta a fizikusokat megtanítani arra, hogy a
kristályszerkezetbe “belenézve” meglássák a mágneses tulajdonságokról
árulkodó jeleket. A MnO polikristály vizsgálatában Shull és Ernie O. Wollan
igazolni tudta pl. azokat a szilárdtestfizikai elméleti jóslatokat, amiket
Néel (Nobel-díj 1970-ben) az antiferromágneses jelenségről, ill. Halpern
és Johnson a kompenzálatlan spinű elektronokról már a harmincas évek végén
megtettek. Az atomok mozgásáról – neutronnyalábbal vizsgálva Shull vizsgálataival egy időben Brockhouse a Chalk River Laboratóriumban a neutronszórás technikájával a szilárd test “atomrácsának” mozgását mutatta ki. Régóta hitték a fizikusok, éppen Kármán Tódor és Max Born és mások nyomán, hogy a kristályban kötött atomi részek, amik persze már nem azonosak a szabad állapotban lévő atomokkal, termikus mozgást végeznek, harmonikus egységben a kristályt alkotó közösséggel. Éppen ez a kollektív mozgás felelős a szilárd testek fajhőjének sajátos viselkedéséért és rugalmas tulajdonságaiért. A koncepciót az az eredmény igazolta, hogy a fajhőt helyesen értelmezte (bizonyos határig), de nem volt kísérleti eljárás a húszas években született elgondolás részleteinek ellenőrzésére. A neutronnyalábok fentebb már említett tulajdonságai viszont erre a feladatra is alkalmasnak bizonyultak. Brockhouse először a kristályrácspontok termikus mozgásának következményeit érte tetten a neutronszóráskép változásában, amit a hőmérséklettel talált egyértelmű korrelációban. A növekvő hőmérséklet a szórócentrumokat nagyobb kiterjedésűvé teszi, a céltárgy hevesebb termikus mozgása miatt. Ezen túlmenően a lassú, úgynevezett termikus neutronok energiája összemérhető a kristályban kialakuló kollektív gerjesztések, a kristály állóhullám-módusait megtestesítő fononok energiáival. ?gy azután a neutronspektroszkópia új fejezettel bővülhetett, amikor Brockhouse 1955-ben publikálta a fonon-diszperziós reláció mérésének eredményeit, amit az alumínium-kristályokon állapított meg. Ezekben a vizsgálatokban született meg az ún. háromtengelyű neutronspektrométer. Egyben hatalmas lendületet vett a neutronszórás, mint eljárás a szilárd testek dinamikai tulajdonságainak mikroszkopikus vizsgálatában. Ezek során lehetett a szilárd testek mágneses gerjesztéseit, a magnonokat kimérni, ezekkel lehetett spinhullámokat kísérletileg kimutatni. Hamarosan a neutronszórás alkalmassá vált bizonyos folyadék-mikrostruktúrák kísérleti átvilágítására is. A neutronszórás, mint anyagvizsgálat elterjedése A
díj indokolásában emlegetik, hogy szűken számítva 3000 neutronszórás-kísérleti
berendezés működik szerte a világon. Ma a neutronnyalábbal a kísérletet
nem egy eldugott koszos sarokban végzik a reaktor mellett, mint
a hőskorban, hogy éppen a reaktor számára valamely szerkezeti anyag
minőségellenőrzését végrehajtsák. Ma már a szilárdtestfizika és az anyagtudományok
élvonalbeli gazdasági fontossága miatt a neutronszórásos anyagvizsgálat
úgyszólván gond nélkül képes elnyerni hatalmas állami támogatásokat (főleg
az Egyesült Államokban, Angliában, Japánban, Franciaországban). Ezen a
részecskefizikusok talán szomorkodhatnak. De ha arra a technológia-transzferre
gondolnak, amelynek cserekereskedelmében ők már adtak, az erőgyűjtés korszakában
bizalommal várhatnak viszontszolgáltatásokra. Az Europhysics News 25 176 (1994) nyomán összeállította: ABONYI IVÁN |
||||||