Brockhouse qui a développé les techniques de diffraction des neutrons, est colauréat du prix Nobel de physique en 1994
Bertram N. Brockhouse (1918-2003), en entier Bertram Neville Brockhouse, (né le 15 juillet 1918, Lethbridge, Alberta, Canada – décédé le 13 octobre 2003, Hamilton, Ontario), physicien canadien qui a partagé le prix Nobel de physique en 1994 avec le physicien américain Clifford G. Shull pour leur développement séparé mais simultané de techniques de diffusion de neutrons.
Dans les techniques de diffusion de neutrons, un faisceau de neutrons est dirigé vers un matériau cible, et la diffusion résultante des neutrons fournit des informations sur la structure atomique de ce matériau. Brockhouse a développé une technique variante connue sous le nom de diffusion inélastique des neutrons, dans laquelle les énergies relatives des neutrons diffusés sont mesurées pour fournir des données supplémentaires. Il a utilisé la diffusion inélastique des neutrons dans son examen pionnier des phonons, qui sont des unités de l’énergie vibrationnelle du réseau dépensée par les neutrons diffusés. Il a également développé le spectromètre à neutrons et a été l’un des premiers à mesurer la courbe de dispersion des phonons d’un solide.
Département de physique et d’astronomie
Bertram N. Brockhouse, lauréat du prix Nobel en 1994
Bertram Neville Brockhouse est né le 15 juillet 1918 à Lethbridge, en Alberta, fils d’Israel et de Mable Brockhouse. À un jeune âge, il a déménagé avec sa famille à Vancouver. Après avoir obtenu son diplôme d’études secondaires en 1935, il a travaillé comme assistant de laboratoire, puis comme réparateur de radio à son compte, tant à Vancouver qu’à Chicago. 
Il a passé les années de guerre dans la Réserve des volontaires de la Marine royale canadienne, principalement sur le pont inférieur, en partie comme technicien en électronique, puis il a fréquenté l’Université de la Colombie-Britannique, dont il a obtenu son diplôme en 1947 avec les honneurs de première classe en mathématiques et en physique. Il entra à l’Université de Toronto la même année et épousa l’année suivante Doris Miller, qu’il avait rencontré à Ottawa en 1945. Il obtint son doctorat. en 1950, avec une thèse intitulée « 
Les premiers travaux de Brockhouse à Chalk River, en collaboration avec Hurst et M. Bloom, l’ont impliqué dans une série d’études sur la diffusion résonnante des neutrons lents par des absorbants puissants tels que le cadmium et le samarium. Les mesures ont été effectuées en plaçant l’échantillon dans une chambre de diffusion bien blindée de sorte qu’il soit entouré d’un réseau annulaire de six détecteurs au fluorure de bismuth. La chambre était montée sur le bras d’un spectromètre à axe unique qui avait été construit par Hurst et son groupe à la fin des années quarante.
L’idée d’étudier la diffusion inélastique des neutrons lents surgit lors d’une réunion à laquelle assistent Hurst, Brockhouse, GH Goldschmidt et NK Pope, en décembre 1950 : il est rapidement décidé que de telles expériences sont réalisables au réacteur NRX (National Research Experimental) de Chalk River qui était à l’époque, et jusqu’en 1953, le réacteur à faisceau de flux le plus élevé au monde. Dans un premier temps, l’appareil de diffusion résonnant, sous une forme légèrement modifiée, a été utilisé par Brockhouse et Hurst pour étudier les distributions d’énergie de neutrons initialement monochromatiques diffusés par des échantillons polycristallins d’aluminium, de plomb, de graphite et de diamant. 
Les intensités des neutrons transmis à travers différentes épaisseurs de cadmium ont été comparées à des calculs basés sur des gaz parfaits et des modèles d’Einstein du comportement vibrationnel du matériau. Dans les premiers mois de 1952, Brockhouse a assemblé ce qu’il a décrit comme un « spectromètre à double ouverture à grande ouverture », en réalité une machine à trois axes, dans l’espoir de pouvoir « mesurer la distribution de fréquence encore inconnue des modes normaux » dans un cristal. Beaucoup d’efforts ont été déployés pour essayer de faire fonctionner la machine, y compris des tentatives de produire des cristaux de monochromateur avec une réflectivité plus élevée et des améliorations du blindage, mais à la fin de l’année, le spectromètre ne produisait pas de résultats.
En 1953, Brockhouse a profité d’un arrêt inattendu du réacteur NRX pour passer dix mois en tant que premier scientifique invité étranger au département des réacteurs du Brookhaven National Laboratory. Pendant ce temps, il a travaillé avec LM Corliss et JM Hastings sur une étude de la diffusion multiple par des spécimens plats et de la diffusion magnétique par la ferrite de zinc, sur une étude de diffraction magnétique sur poudre d’oxyde de cuivre, sur le développement de cristaux monochromateurs améliorés, sur une étude avec GH Vignoble de la diffusion par l’aluminium liquide, comprenant « une tentative (non concluante) de mesurer la répartition énergétique des neutrons diffusés par des méthodes d’absorption », et sur une mesure des sections efficaces incohérentes du cuivre et de l’or.
À son retour à Chalk River, Brockhouse a de nouveau installé son spectromètre à trois axes brut, en utilisant une installation de monochromateur à angle fixe avec un monochromateur à cristal d’aluminium, une table d’échantillons de fortune et l’ancien instrument à axe unique agissant comme spectromètre d’analyse. L’angle de diffusion à la position de l’échantillon était fixé pour un ensemble donné de mesures mais pouvait être modifié en tournant la table d’échantillon et en déplaçant le spectromètre d’analyse sur un ensemble de rails. La machine a été utilisée avec succès, en grande partie grâce à son monochromateur amélioré, pour des études de la distribution de fréquence des phonons du vanadium et de la diffusion inélastique par le plomb liquide et l’eau légère et lourde : ces mesures ont été rapportées lors de la réunion de janvier 1955 de l’American Société de physique de New York.
Ces expériences sur les phonons et les magnons ont été suivies de vastes séries de mesures sur une variété de cristaux. Il n’était pas rare que Brockhouse et ses collaborateurs reviennent sur des systèmes précédemment étudiés, profitant pleinement des améliorations de la technique expérimentale et des performances des instruments, afin d’obtenir des résultats plus détaillés et plus étendus. Le premier travail sur un semi-conducteur, le germanium, a été rapporté par Brockhouse et son élève PK Iyengar en 1957. Afin de déterminer les fréquences des phonons selon les grandes directions de symétrie, une méthode d’approximations successives a été adoptée.
Au milieu des années 50, Brockhouse et Stewart avaient commencé à assembler un spectromètre hacheur à filtre au béryllium, ayant précédemment conclu que ce type d’instrument était préférable à une machine à double hacheur. L’instrument était similaire au hacheur lent de Brookhaven, sauf qu’une technique de différence de filtre a été utilisée pour améliorer la résolution énergétique globale. Néanmoins, son utilisation a été interrompue en 1957 en raison de sa résolution limitée. Les phonons de l’aluminium et du béryllium ont été étudiés à l’aide du spectromètre hacheur à filtre, et une importante série de mesures sur l’eau a été réalisée.
Un nouveau type d’instrument de temps de vol à haute résolution a été conçu par Brockhouse à peu près à cette époque, à la suite d’une conversation avec le DG Hurst. Il s’agissait du spectromètre à cristal rotatif, mentionné pour la première fois dans un rapport d’étape de la division de physique d’EACL à la fin de 1957. La première version de cette machine a été installée au réacteur NRX, et une version améliorée, équipée d’un filtre à quartz refroidi et initialement située au NRX réacteur, a ensuite été mis en place au trou N5 du nouveau réacteur NRU (National Research Universal). RN Sinclair, qui avait travaillé avec Brockhouse en tant que boursier postdoctoral, a construit une machine similaire à Harwell à son retour de Chalk River. Le spectromètre à cristal tournant a été initialement utilisé pour une étude détaillée de la composante quasi-élastique de la diffusion par l’eau. 
Les résultats étaient cohérents avec les résultats antérieurs de Chalk River et suggéraient fortement que la structure fine supposée des données de DJ Hughes et de ses collaborateurs était fausse. Le spectromètre a également été utilisé pour une vaste série d’expériences, par DG Henshaw, sur l’hélium liquide : les premiers travaux inélastiques sur l’hélium à Chalk River avaient été entrepris à l’aide du spectromètre à hacheur de filtre. D’autres premiers travaux utilisant le spectromètre à cristal rotatif comprenaient des mesures de phonons sur le plomb et l’iodure de sodium.
Le célèbre spectromètre à trois axes C5, immortalisé dans « Introduction to Solid State Physics » de Kittel, a été installé au réacteur NRU en 1958. Cette machine est restée en service pendant plus de vingt ans et a été un terrain d’entraînement important pour de nombreux triples actuels spectromètres d’axe. Il se composait d’une section monochromateur, conçue par W. McAlpin, ainsi que du spectromètre à double axe et de l’électronique associée qui étaient auparavant utilisés au réacteur NRX. (La section d’analyse avait été installée pour la première fois en 1956 au réacteur NRX, adossée au bras du spectromètre à axe unique d’origine.) Le premier matériau à étudier à l’aide de la machine C5 était un monocristal de silicium ; le plomb a également été étudié, complétant les travaux antérieurs sur le spectromètre à cristal rotatif. Le développement de la technique à Q constant a ouvert la voie à un très grand nombre d’études sophistiquées des excitations dans les monocristaux. Elle reste la technique triple axe la plus puissante et est constamment utilisée dans les centres de diffusion de neutrons du monde entier.
Avec la possibilité de faire varier l’énergie des neutrons incidents du spectromètre C5, une nouvelle méthode d’étude des excitations à haute énergie est devenue possible. Il s’agissait de la méthode du détecteur à filtre au béryllium, qui a été essayée pour la première fois à Chalk River au début de 1960. À peu près à cette époque, le spectromètre à cristal rotatif N5 a été modifié afin que l’énergie incidente et l’angle de diffusion puissent varier en continu.
À la fin des années 50 et au début des années 60, des scientifiques d’un certain nombre de pays ont visité Chalk River afin d’observer et d’apprendre les nouvelles « méthodes de spectrométrie neutronique ». Au dire de tous, ce fut une période passionnante et les membres du personnel de Chalk River qui ne connaissaient aucun détail de ce qui se passait sur le terrain étaient conscients de l’importance des expériences de diffusion de neutrons au réacteur.
Brockhouse est devenu chef de la nouvelle branche de la physique des neutrons en 1960. ADB Woods, qui a collaboré avec Brockhouse à de nombreuses reprises, avait rejoint le groupe de diffusion des neutrons deux ans auparavant, et G. Dolling est arrivé en 1961.
Un certain nombre de scientifiques ont effectué des séjours prolongés à Chalk River au cours de cette période et ont participé à des expériences collaboratives. T. Arase et G. Caglioti ont participé aux vastes études expérimentales sur le plomb. W. Cochran a passé une année extrêmement fructueuse (1958-1959) à travailler avec Brockhouse et Woods sur les aspects expérimentaux et théoriques de la dynamique du réseau des halogénures alcalins : une formulation détaillée du « modèle de coque » a été développée, ce qui a conduit à une importante enquête sur SrTiO_3 par RA Cowley, qui s’est rendu pour la première fois à Chalk River en tant que boursier prédoctoral en 1961. D’autres personnes qui ont passé beaucoup de temps avec le groupe étaient M. Sakamoto, KR Rao, LN Becka, H. Watanabe, BA Dasannacharya et J. Bergsma. Les expériences réalisées au cours de cette période comprenaient des études détaillées des phonons et des magnons, la première observation (en 1961) d’une anomalie de Kohn, des mesures d’intensité pour déterminer les vecteurs de polarisation des phonons, des observations de dédoublements de champs cristallins, des études de modérateurs et de matériaux hydrogénés, et des mesures de diffusion à partir de plusieurs liquides. Il convient également de mentionner les travaux de Brockhouse sur les filtres monocristallins et ses premières études sur la texture des métaux.
Bert Brockhouse n’a pas eu beaucoup de temps libre pendant ses années très productives à Chalk River, mais il a trouvé le temps de participer à un certain nombre de présentations dramatiques amateurs, dont trois opérettes de Gilbert et Sullivan, et une production de « Arms and the Homme ». Il aime énormément la musique et nombre de ses collègues ont raconté des histoires sur son penchant pour le chant d’extraits musicaux, que ce soit d’un opéra ou d’une comédie musicale de Broadway, alors qu’il travaillait sur l’une de ses expériences sur les neutrons.
En 1962, Brockhouse a déménagé à l’Université McMaster où il a été professeur de physique jusqu’à sa retraite en 1984. Il a été président du département de 1967 à 1970. À McMaster, il a pris une part active à l’enseignement et a pu communiquer son enthousiasme pour la physique aux étudiants de premier cycle et aux cycles supérieurs. Il a joué un rôle important dans la création du Département, et lui et ses étudiants diplômés, dont les premiers étaient S.-H. Chen, JM Rowe et EC Svensson ont construit de nouveaux spectromètres au réacteur nucléaire de McMaster, puis au réacteur NRU de Chalk River. De nouvelles conceptions ont été utilisées, telles que le concept de double monochromateur (conçu indépendamment par R. Stedman) et l’idée de placer l’analyseur et le détecteur dans un bouclier commun. Dans le même temps, de nombreuses expériences intéressantes ont été réalisées,
Le professeur Brockhouse a reçu de nombreuses distinctions au fil des ans, dont la Médaille Tory de la Société royale du Canada, le prix Buckley de l’American Physical Society, la médaille Duddell et le prix du (British) Institute of Physics and Physical Society « pour l’excellence en recherche expérimentale physique », et la Médaille du centenaire du Canada. Il était officié de l’Ordre du Canada, membre des Sociétés royales du Canada et de Londres et membre étranger de l’Académie royale des sciences de Suède. Il a reçu un D.Sc. honorifique diplômes de l’Université de Waterloo et de l’Université McMaster. Il a également été membre de l’Association de philosophie des sciences.
Nous devons une énorme dette de gratitude à Bert Brockhouse. Il a inspiré de nombreuses personnes à accepter les défis de la diffusion inélastique des neutrons et à travailler longuement et durement pour améliorer les méthodes, les matériaux et l’équipement afin de pouvoir faire des expériences correctement et de manière convaincante. Tout au long de sa carrière, il a fait preuve d’une honnêteté, d’une rigueur et d’une passion scientifique qui sont un exemple pour nous tous. Les histoires de « professeur distrait » sont nombreuses et amusantes, mais les histoires de son insistance sur une bonne technique expérimentale, et de son souci que le temps et l’argent soient utilisés efficacement, sont peut-être plus pertinentes. Son intuition, son dévouement à la recherche, sa gentillesse et son souci pour ses collègues de travail sont fréquemment mentionnés par ceux qui ont eu le plaisir de travailler avec lui. Le professeur Brockhouse est décédé le 13 octobre 2003.
Grands travaux
La réalisation la plus spectaculaire de Brockhouse est survenue alors qu’il effectuait ses recherches au Laboratoire nucléaire de Chalk River d’Énergie atomique du Canada. Il a apporté une contribution pionnière au développement des techniques de diffusion des neutrons ainsi qu’au développement de la spectroscopie des neutrons. Généralement, dans la technique de diffusion des neutrons, un faisceau de neutrons est dirigé vers un matériau cible, et la diffusion résultante des neutrons donne des informations sur la structure atomique de ce matériau. Brockhouse a développé une technique différente dans laquelle les énergies relatives des neutrons diffusés ont été mesurées pour obtenir des données supplémentaires. Cette méthode s’appelait la diffusion inélastique des neutrons. Il l’a utilisé dans son examen révolutionnaire des phonons. Il a également développé le spectromètre à neutrons et a été l’un des premiers à mesurer la courbe de dispersion des phonons d’un solide.
Physicien canadien qui a développé les techniques de diffraction des neutrons utilisées pour étudier la structure et les propriétés de la matière pour lesquelles il a partagé le prix Nobel de physique en 1994 (avec le physicien américain Clifford G. Shull). En concevant des instruments pour mesurer l’énergie des neutrons diffusés à partir d’un matériau solide, Brockhouse a donné un aperçu de sa structure atomique. Il a permis des avancées dans la technologie des semi-conducteurs. Son spectromètre à neutrons à trois axes est maintenant largement utilisé non seulement pour étudier les structures atomiques, mais aussi les virus et les molécules d’ADN.
https://fr.sourcknowledge.com/bertram-n-brockhouse-canadian-physicist
https://www.thefamouspeople.com/profiles/bertram-brockhouse-7735.php
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1994/brockhouse/facts/
https://physics.mcmaster.ca/research/bertram-n-brockhouse.html