Zasnova naprave, ki uporablja nevtrone, še nikoli ni bila uspešno dokazana, kljub obsežnim raziskavam tehnik za eksperimentalno sintezo in preučevanje orbitalnega kotnega momenta v fotonih in elektronih. Nevtroni imajo edinstvene lastnosti, zato so morali raziskovalci zgraditi nova orodja in razviti sveže pristope k delu z njimi.
Znanstveniki na Inštitutu za kvantno računalništvo (IQC) so razvili napravo, ki proizvaja zvite nevtrone z jasno določeno orbito kotni zagon prvič v eksperimentalni zgodovini. Ta prelomni znanstveni dosežek, za katerega se je prej zdelo nemogoče, ponuja povsem nov način za znanstvenike, da raziščejo rast kvantnih materialov naslednje generacije, z aplikacijami, ki segajo od kvantno računalništvo odkrivanju in reševanju novih problemov v temeljni fiziki.
Dr. Dusan Sarenac, znanstveni sodelavec pri IQC in tehnični vodja Transformative Quantum Technologies na Univerzi Waterloo, je dejal, "Nevtroni so močna sonda za karakterizacijo nastajajočih kvantnih materialov, ker imajo več edinstvenih lastnosti. Imajo nanometrske valovne dolžine, električno nevtralnost in relativno veliko maso. Te značilnosti pomenijo, da lahko nevtroni prehajajo skozi materiale, ki jih rentgenski žarki in svetloba ne morejo."
IQC in član fakultete Oddelka za fiziko in astronomijo dr. Dmitry Pushin in njegova skupina so za svoje študije zgradili majhne silikonske rešetkaste strukture, ki spominjajo na vilice. Te naprave so tako majhne, da je več kot šest milijonov faznih rešetk dislokacije vilic mogoče najti v samo 0.5 cm x 0.5 cm. Posamezni nevtroni se začnejo zvijati v obliki zamaška, ko gre tok posameznih nevtronov skozi to napravo. Specializirana nevtronska kamera je posnela slike nevtronov, ko so prepotovali 19 metrov. Skupina je opazila, da je vsak nevtron zrasel v 10 cm široko sled v obliki krofa.
Krofni vzorec razširjenih nevtronov kaže, da so bili postavljeni v posebno vijačno stanje in da so rešetkaste naprave skupine ustvarile nevtronske žarke s kvantiziranim orbitalnim kotnim momentom, kar je prvi eksperimentalni dosežek te vrste.
Dr. Dmitry Pushin, IQC in član fakultete oddelka za fiziko in astronomijo na Waterlooju, je dejal, »Nevtroni so bili priljubljeni pri eksperimentalnem preverjanju temeljne fizike z uporabo treh lahko dostopnih stopenj svobode: vrtenja, poti in energije. V teh poskusih je naša skupina omogočila uporabo orbitalnega kotnega momenta v nevtronskih žarkih, kar zagotavlja dodatno kvantizirano stopnjo svobode. Pri tem razvijamo zbirko orodij za karakterizacijo in preučevanje zapletenih materialov, potrebnih za naslednjo generacijo kvantnih naprav, kot so kvantni simulatorji in kvantni računalniki.«
Referenca dnevnika:
- Dušan Šarenac, Melissa Henerson idr. Eksperimentalna realizacija nevtronskih vijačnih valov. Znanost Predplačila. DOI: 10.1126/sciadv.add2002
