Нейтронный интерферометр

В физике нейтронный интерферометр — это интерферометр, способный дифрагировать нейтроны , что позволяет исследовать волновую природу нейтронов и другие связанные с ней явления.

Интерферометрия

Интерферометрия по своей сути зависит от волновой природы объекта. Как указал де Бройль в своей докторской диссертации, частицы, включая нейтроны , могут вести себя как волны (так называемый корпускулярно-волновой дуализм , который теперь объясняется в общих рамках квантовой механики ). Волновые функции отдельных траекторий интерферометра создаются и когерентно рекомбинируются, что требует применения динамической теории дифракции . Нейтронные интерферометры являются аналогом рентгеновских интерферометров и используются для изучения величин или преимуществ, связанных с излучением тепловых нейтронов .

Приложения

В 1975 году Вернер и Оверхаузер продемонстрировали квантовые фазовые сдвиги волн нейтронной материи, вызванные гравитацией. Интерферометр был ориентирован таким образом, чтобы два пути находились на разной высоте в гравитационном поле Земли. Интерферометр был достаточно чувствителен, чтобы обнаружить фазовый сдвиг из-за разного ускорения. ^[1] Фазовый сдвиг возникает из-за разницы в замедлении времени на двух путях. ^[2]

Строительство

Как и рентгеновские интерферометры , нейтронные интерферометры обычно изготавливаются из одного большого кристалла кремния . , часто от 10 до 30 или более сантиметров в диаметре и от 20 до 60 см или более в длину Современные полупроводниковые большие монокристаллические кремниевые були технологии позволяют легко выращивать . Поскольку буля представляет собой монокристалл, атомы в буле точно выровнены с точностью до малых долей нанометра или ангстрема по всей буле. Интерферометр создается путем удаления всех слоев кремния, кроме трех, которые идеально удерживаются на основании. (изображение) Нейтроны падают на первый срез, где в результате дифракции на кристаллической решетке они разделяются на два луча. На втором срезе они снова дифрагируют, и два луча продолжаются на третий срез. На третьем срезе лучи рекомбинируются, конструктивно или деструктивно интерферируя, образуя интерферометр. Без точного выравнивания трех срезов на уровне ангстрем результаты интерференции не будут иметь смысла.

Холодные нейтроны

Первые эксперименты с нейтронным интерферометром были проведены в 1980-х годах. Эксперименты с холодными нейтронами появились позже.Лишь недавно был спроектирован и успешно работает нейтронный интерферометр для холодных и ультрахолодных нейтронов. ^[3] Нейтронно-оптические компоненты в этом случае состоят из трех решеток. Их создают искусственно голографически , т. е. с помощью светооптической двухволновой интерференционной установки, освещающей фотонейтронпреломляющий полимер. Механическая стабильность и скорость счета имеют решающее значение для такого эксперимента. Поэтому необходимы эффективные, термически и механически стабильные оптические устройства. ^[4]

Ссылки

^ Колелла, Р.; Оверхаузер, AW; Вернер, С.А. (1975). «Наблюдение гравитационно-индуцированной квантовой интерференции» (PDF) . Письма о физических отзывах . 34 (23): 1472–1474. Бибкод : 1975PhRvL..34.1472C . дои : 10.1103/PhysRevLett.34.1472 .
^ Абеле, Хартмут; Лееб, Хельмут (14 мая 2012 г.). «Эксперименты по гравитации и квантовой интерференции с нейтронами» . Новый журнал физики . 14 (5): 055010. arXiv : 1207.2953 . Бибкод : 2012NJPh...14e5010A . дои : 10.1088/1367-2630/14/5/055010 . ISSN 1367-2630 . S2CID 53653704 .
^ Раух, Гельмут; Вернер, Сэмюэл А. (15 января 2015 г.). Нейтронная интерферометрия: уроки экспериментальной квантовой механики, корпускулярно-волнового дуализма и запутанности . ОУП Оксфорд. ISBN 978-0-19-102125-1 .
^ Хадден, Эльхусин; Исо, Юко; Куме, Ацуши; Умэмото, Коичи; Дженке, Тобиас; Фалли, Мартин; Клепп, Юрген; Томита, Ясуо (24 мая 2022 г.). «Композитные решетки наночастиц и полимеров на основе наноалмазов с чрезвычайно большой модуляцией показателя преломления нейтронов» . В Маклеоде, Роберт Р.; Томита, Ясуо; Шеридан, Джон Т.; Паскуаль Вильялобос, Инмакулада (ред.). Светочувствительные материалы и их применение II . Том. 12151. Страсбург, Франция: SPIE. стр. 70–76. Бибкод : 2022SPIE12151E..09H . дои : 10.1117/12.2623661 . ISBN 978-1-5106-5178-4 . S2CID 249056691 .

В. Ф. Сирс, Нейтронная оптика , Издательство Оксфордского университета (1998).
Х. Раух и С.А. Вернер, Нейтронная интерферометрия , Clarendon Press, Оксфорд (2000).

[1] Колелла, Р.; Оверхаузер, AW; Вернер, С.А. (1975). «Наблюдение гравитационно-индуцированной квантовой интерференции» (PDF) . Письма о физических отзывах . 34 (23): 1472–1474. Бибкод : 1975PhRvL..34.1472C . дои : 10.1103/PhysRevLett.34.1472 .

[2] Абеле, Хартмут; Лееб, Хельмут (14 мая 2012 г.). «Эксперименты по гравитации и квантовой интерференции с нейтронами» . Новый журнал физики . 14 (5): 055010. arXiv : 1207.2953 . Бибкод : 2012NJPh...14e5010A . дои : 10.1088/1367-2630/14/5/055010 . ISSN 1367-2630 . S2CID 53653704 .

[3] Раух, Гельмут; Вернер, Сэмюэл А. (15 января 2015 г.). Нейтронная интерферометрия: уроки экспериментальной квантовой механики, корпускулярно-волнового дуализма и запутанности . ОУП Оксфорд. ISBN 978-0-19-102125-1 .

[4] Хадден, Эльхусин; Исо, Юко; Куме, Ацуши; Умэмото, Коичи; Дженке, Тобиас; Фалли, Мартин; Клепп, Юрген; Томита, Ясуо (24 мая 2022 г.). «Композитные решетки наночастиц и полимеров на основе наноалмазов с чрезвычайно большой модуляцией показателя преломления нейтронов» . В Маклеоде, Роберт Р.; Томита, Ясуо; Шеридан, Джон Т.; Паскуаль Вильялобос, Инмакулада (ред.). Светочувствительные материалы и их применение II . Том. 12151. Страсбург, Франция: SPIE. стр. 70–76. Бибкод : 2022SPIE12151E..09H . дои : 10.1117/12.2623661 . ISBN 978-1-5106-5178-4 . S2CID 249056691 .

[1]

[2]

[3]

[4]