با وجود اینکه تکنیک‌های سنتز تجربی و مطالعه تکانه زاویه‌ای مداری در فوتون‌ها و الکترون‌ها در فوتون‌ها و الکترون‌ها به‌طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته‌اند، طراحی دستگاهی با استفاده از نوترون هرگز با موفقیت به اثبات نرسیده است. نوترون ها خواص منحصر به فردی دارند، بنابراین، محققان مجبور شدند ابزارهای جدیدی بسازند و رویکردهای جدیدی برای کار با آنها ایجاد کنند.
دانشمندان موسسه محاسبات کوانتومی (IQC) دستگاهی ساخته اند که نوترون های پیچ خورده را با مداری مشخص تولید می کند. حرکت زاویه ای برای اولین بار در تاریخ تجربی این دستاورد علمی پیشگامانه، که قبلا غیرممکن تصور می شد، روش کاملاً جدیدی را برای دانشمندان ارائه می دهد تا رشد نسل بعدی مواد کوانتومی را با کاربردهای مختلف بررسی کنند. محاسبات کوانتومی برای کشف و حل مسائل جدید در فیزیک بنیادی.
دکتر دوسان سارناک، محقق IQC و سرپرست فنی فناوری‌های کوانتومی تبدیل‌کننده در دانشگاه واترلو، گفت: "نوترون یک کاوشگر قدرتمند برای توصیف مواد کوانتومی در حال ظهور هستند زیرا آنها چندین ویژگی منحصر به فرد دارند. آنها طول موج هایی به اندازه نانومتر، خنثی الکتریکی و جرم نسبتاً زیادی دارند. این ویژگی ها به این معنی است که نوترون ها می توانند از موادی عبور کنند که اشعه ایکس و نور نمی توانند.
IQC و عضو هیأت علمی گروه فیزیک و نجوم، دکتر دیمیتری پوشین و گروهش ساختارهای توری سیلیکونی کوچکی شبیه چنگال برای مطالعات خود ساختند. این دستگاه ها به قدری کوچک هستند که بیش از شش میلیون گریتینگ فاز نابجایی چنگال را تنها در 0.5 سانتی متر در 0.5 سانتی متر می توان یافت. هنگامی که جریانی از نوترون های منفرد از این دستگاه عبور می کند، تک نوترون ها شروع به پیچیدن در یک الگوی چوب پنبه می کنند. یک دوربین تخصصی نوترونی تصاویر نوترون ها را پس از طی 19 متر ثبت کرد. این گروه متوجه شدند که هر نوترون به ردپایی به شکل دونات به عرض 10 سانتی متر رشد کرده است.
الگوی دونات نوترون‌های منتشر شده نشان می‌دهد که آنها در حالت مارپیچ خاصی قرار گرفته‌اند و دستگاه‌های توری گروه، پرتوهای نوترونی با تکانه زاویه‌ای مداری کوانتیزه‌شده تولید کرده‌اند که اولین دستاورد آزمایشی در نوع خود است.
دکتر دیمیتری پوشین، عضو هیئت علمی IQC و گروه فیزیک و نجوم در واترلو، گفت:, نوترون‌ها در راستی‌آزمایی تجربی فیزیک بنیادی، با استفاده از سه درجه آزادی که به راحتی قابل دسترسی هستند، محبوب بوده‌اند: اسپین، مسیر و انرژی. در این آزمایش‌ها، گروه ما استفاده از تکانه زاویه‌ای مداری را در پرتوهای نوترونی فعال کرده است که درجه آزادی کوانتیزه‌ای بیشتری را ارائه می‌کند. با انجام این کار، ما در حال توسعه یک جعبه ابزار برای توصیف و بررسی مواد پیچیده مورد نیاز برای نسل بعدی دستگاه های کوانتومی مانند شبیه سازهای کوانتومی و کامپیوترهای کوانتومی هستیم.
مرجع مجله:
- دوسان سارناک، ملیسا هنرسون و همکاران. تحقق تجربی امواج مارپیچ نوترونی. با پیشرفتهای علمیبه DOI: 10.1126/sciadv.add2002
