תכנון מכשיר באמצעות נויטרונים מעולם לא הוכח בהצלחה, למרות טכניקות לסינתזה ניסויית ומחקר של תנע זוויתי מסלולי בפוטונים ואלקטרונים שנחקרו בהרחבה. לנייטרונים יש תכונות ייחודיות, לכן, החוקרים נאלצו לבנות כלים חדשים ולפתח גישות חדשות לעבודה איתם.
מדענים במכון למחשוב קוונטי (IQC) פיתחו מכשיר המייצר נויטרונים מעוותים עם מסלול מוגדר בבירור מומנטום זוויתי לראשונה בתולדות הניסויים. הישג מדעי פורץ דרך זה, שבעבר נחשב בלתי אפשרי, מציע דרך חדשה לגמרי עבור מדענים לחקור את הצמיחה של חומרים קוונטיים מהדור הבא, עם יישומים הנעים בין מחשוב קוונטי לגילוי ופתרון בעיות חדשות בפיזיקה בסיסית.
ד"ר Dusan Sarenac, עמית מחקר עם IQC ומוביל טכני של טכנולוגיות קוונטיות טרנספורמטיביות באוניברסיטת ווטרלו, אמר, "נויטרונים הם בדיקה עוצמתית לאפיון חומרים קוונטיים מתעוררים מכיוון שיש להם מספר תכונות ייחודיות. יש להם אורכי גל בגודל ננומטר, ניטרליות חשמלית ומסה גדולה יחסית. תכונות אלו אומרות שניוטרונים יכולים לעבור דרך חומרים שקרני רנטגן ואור אינם יכולים".
חבר הסגל של IQC ושל המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, ד"ר דמיטרי פושין וקבוצתו בנו מבנים קטנים של סורג סיליקון הדומים למזלגות ללימודיהם. התקנים אלה הם כל כך זעירים עד שניתן למצוא יותר משישה מיליון סורגים בשלב נקע של מזלג ב-0.5 ס"מ על 0.5 ס"מ בלבד. הנייטרונים הבודדים מתחילים להתפתל בתבנית חולץ פקקים כאשר זרם של נויטרונים בודדים עובר דרך המכשיר הזה. מצלמת נויטרונים מיוחדת תיעדה את תמונות הנייטרונים לאחר שעברו 19 מטרים. הקבוצה הבחינה שכל נויטרון גדל לעקבה בצורת סופגניה ברוחב 10 ס"מ.
תבנית הסופגנייה של הנייטרונים המתפשטים מעידה על כך שהם הוכנסו למצב סליל מיוחד וכי מכשירי הסורג של הקבוצה יצרו קרני נויטרונים עם תנע זוויתי מסלולי כמותי, הישג ניסיוני ראשון מסוגו.
ד"ר דמיטרי פושין, IQC וחבר סגל המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה בווטרלו, אמר, "נייטרונים היו פופולריים באימות הניסיוני של פיזיקה בסיסית, תוך שימוש בשלוש דרגות החופש הנגישות בקלות: ספין, נתיב ואנרגיה. בניסויים אלה, הקבוצה שלנו אפשרה שימוש בתנע זוויתי מסלולי בקרני נויטרונים, מה שמספק דרגת חופש כמותית נוספת. בתוך כך, אנו מפתחים ארגז כלים לאפיון ובחינת חומרים מסובכים הדרושים לדור הבא של מכשירים קוונטיים כמו סימולטורים קוונטיים ומחשבי קוונטים".
עיון ביומן:
- Dusan Sarenac, Melissa Henerson, et al. מימוש ניסיוני של גלי ניוטרונים. התקדמות מדע. DOI: 10.1126/sciadv.add2002
