لم يتم إثبات نجاح تصميم جهاز يستخدم النيوترونات من قبل، على الرغم من الأبحاث المكثفة حول تقنيات التوليف التجريبي ودراسة الزخم الزاوي المداري في الفوتونات والإلكترونات. تتمتع النيوترونات بخصائص فريدة، لذلك كان على الباحثين بناء أدوات جديدة وتطوير أساليب جديدة للتعامل معها.
قام العلماء في معهد الحوسبة الكمومية (IQC) بتطوير جهاز ينتج نيوترونات ملتوية ذات مدارات محددة بوضوح الزخم الزاوي لأول مرة في التاريخ التجريبي. يقدم هذا الإنجاز العلمي الرائد، والذي كان يُعتقد سابقًا أنه مستحيل، طريقة جديدة تمامًا للعلماء للتحقيق في نمو الجيل التالي من المواد الكمومية، مع تطبيقات تتراوح من الاحصاء الكمية لاكتشاف وحل المشاكل الجديدة في الفيزياء الأساسية.
قال الدكتور دوسان ساريناك، الباحث المشارك في IQC والقائد الفني لتقنيات الكم التحويلية في جامعة واترلو: "النيوترونات تعتبر مسبارًا قويًا لتوصيف المواد الكمومية الناشئة، نظرًا لامتلاكها العديد من الميزات الفريدة. لديهم أطوال موجية بحجم نانومتر، وحياد كهربائي، وكتلة كبيرة نسبيًا. وتعني هذه الميزات أن النيوترونات يمكنها المرور عبر المواد التي لا تستطيع الأشعة السينية والضوء القيام بها.
قام عضو هيئة التدريس في IQC وقسم الفيزياء والفلك الدكتور ديمتري بوشين ومجموعته ببناء هياكل شبكية صغيرة من السيليكون تشبه الشوكات لدراساتهم. هذه الأجهزة صغيرة جدًا بحيث يمكن العثور على أكثر من ستة ملايين شبكة شبكية لمرحلة خلع الشوكة في 0.5 سم × 0.5 سم فقط. تبدأ النيوترونات الفردية في الالتواء بنمط لولبي عندما يمر تيار من النيوترونات المفردة عبر هذا الجهاز. وسجلت كاميرا نيوترونية متخصصة صور النيوترونات بعد أن قطعت مسافة 19 مترًا. لاحظت المجموعة أن كل نيوترون قد نما ليصبح أثرًا على شكل كعكة بعرض 10 سم.
يشير النمط الدائري للنيوترونات المنتشرة إلى أنها وُضعت في حالة حلزونية خاصة، وأن أجهزة الشبكة الخاصة بالمجموعة قد ولدت حزمًا نيوترونية ذات زخم زاوي مداري كمي، وهو أول إنجاز تجريبي من نوعه.
الدكتور دميتري بوشين، IQC وعضو هيئة التدريس في قسم الفيزياء والفلك في واترلو، محمد, "لقد كانت النيوترونات شائعة في التحقق التجريبي للفيزياء الأساسية، وذلك باستخدام درجات الحرية الثلاث التي يمكن الوصول إليها بسهولة: الدوران، والمسار، والطاقة. في هذه التجارب، مكنت مجموعتنا من استخدام الزخم الزاوي المداري في حزم النيوترونات، مما يوفر درجة كمية إضافية من الحرية. ومن خلال القيام بذلك، فإننا نعمل على تطوير مجموعة أدوات لتوصيف وفحص المواد المعقدة اللازمة للجيل القادم من الأجهزة الكمومية مثل أجهزة المحاكاة الكمومية وأجهزة الكمبيوتر الكمومية.
المرجع مجلة:
- دوسان ساريناك، ميليسا هينيرسون، وآخرون. الإدراك التجريبي للموجات النيوترونية الحلزونية. علم السلف. دوى: 10.1126 / sciadv.add2002
