Um projeto de dispositivo usando nêutrons nunca foi comprovado com sucesso, apesar de técnicas para a síntese experimental e estudo do momento angular orbital em fótons e elétrons serem extensivamente pesquisadas. Os nêutrons têm propriedades únicas, portanto, os pesquisadores tiveram que construir novas ferramentas e desenvolver novas abordagens para trabalhar com eles.
Cientistas do Instituto de Computação Quântica (IQC) desenvolveram um dispositivo que produz nêutrons torcidos com orbitais claramente especificados. momento angular pela primeira vez na história experimental. Esta conquista científica inovadora, que anteriormente era considerada impossível, oferece uma forma totalmente nova para os cientistas investigarem o crescimento de materiais quânticos da próxima geração, com aplicações que vão desde Computação quântica para descobrir e resolver novos problemas em física fundamental.
Dusan Sarenac, pesquisador associado do IQC e líder técnico de Transformative Quantum Technologies na Universidade de Waterloo, disse: "nêutrons são uma sonda poderosa para a caracterização de materiais quânticos emergentes porque possuem várias características únicas. Eles têm comprimentos de onda do tamanho de nanômetros, neutralidade elétrica e uma massa relativamente grande. Essas características significam que os nêutrons podem passar através de materiais que os raios X e a luz não conseguem.”
O membro do corpo docente do IQC e do Departamento de Física e Astronomia, Dr. Dmitry Pushin, e seu grupo construíram pequenas estruturas de grade de silício semelhantes a garfos para seus estudos. Esses dispositivos são tão minúsculos que mais de seis milhões de grades de fase de deslocamento em garfo podem ser encontradas em apenas 0.5 cm por 0.5 cm. Os nêutrons individuais começam a girar em um padrão de saca-rolhas à medida que um fluxo de nêutrons únicos passa por este dispositivo. Uma câmera de nêutrons especializada registrou as imagens dos nêutrons depois que eles viajaram 19 metros. O grupo notou que cada nêutron cresceu em um traço em forma de rosca com 10 cm de largura.
O padrão de rosca dos nêutrons propagados indica que eles foram colocados em um estado helicoidal especial e que os dispositivos de grade do grupo geraram feixes de nêutrons com momento angular orbital quantizado, a primeira conquista experimental desse tipo.
Dr. Dmitry Pushin, IQC e membro do corpo docente do Departamento de Física e Astronomia em Waterloo, dito, “Os nêutrons têm sido populares na verificação experimental da física fundamental, usando os três graus de liberdade facilmente acessíveis: spin, caminho e energia. Nestes experimentos, nosso grupo possibilitou o uso do momento angular orbital em feixes de nêutrons, proporcionando um grau de liberdade quantizado adicional. Ao fazer isso, estamos desenvolvendo uma caixa de ferramentas para caracterizar e examinar materiais complicados necessários para a próxima geração de dispositivos quânticos, como simuladores quânticos e computadores quânticos.”
Jornal de referência:
- Dusan Sarenac, Melissa Henerson, et al. Realização experimental de ondas helicoidais de nêutrons. Os avanços da ciência. DOI: 10.1126/sciadv.add2002
