การออกแบบอุปกรณ์ที่ใช้นิวตรอนไม่เคยได้รับการพิสูจน์อย่างประสบความสำเร็จมาก่อน แม้ว่าจะมีการวิจัยเทคนิคสำหรับการสังเคราะห์เชิงทดลองและการศึกษาโมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรในโฟตอนและอิเล็กตรอนอย่างกว้างขวางก็ตาม นิวตรอนมีคุณสมบัติพิเศษ ดังนั้นนักวิจัยจึงต้องสร้างเครื่องมือใหม่และพัฒนาแนวทางใหม่ในการทำงานกับพวกมัน
นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันคอมพิวเตอร์ควอนตัม (IQC) ได้พัฒนาอุปกรณ์ที่ผลิตนิวตรอนบิดที่มีการระบุวงโคจรที่ชัดเจน โมเมนตัมเชิงมุม เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์การทดลอง ความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่ก้าวล้ำซึ่งก่อนหน้านี้เคยคิดว่าเป็นไปไม่ได้ นำเสนอวิธีการใหม่ล่าสุดสำหรับนักวิทยาศาสตร์ในการตรวจสอบการเติบโตของวัสดุควอนตัมรุ่นต่อไป โดยมีการใช้งานตั้งแต่ การคำนวณควอนตัม เพื่อค้นพบและแก้ไขปัญหาใหม่ในฟิสิกส์พื้นฐาน
ดร. ดูซาน ซาเรแนค ผู้ร่วมวิจัยของ IQC และหัวหน้าด้านเทคนิคของ Transformative Quantum Technologies แห่งมหาวิทยาลัยวอเตอร์ลู กล่าวว่า "นิวตรอน เป็นหัววัดที่ทรงพลังสำหรับการกำหนดลักษณะเฉพาะของวัสดุควอนตัมที่เกิดขึ้นใหม่ เนื่องจากมีคุณสมบัติพิเศษหลายประการ พวกมันมีความยาวคลื่นขนาดนาโนเมตร ความเป็นกลางทางไฟฟ้า และมีมวลค่อนข้างมาก คุณสมบัติเหล่านี้หมายความว่านิวตรอนสามารถผ่านวัสดุที่รังสีเอกซ์และแสงไม่ผ่านได้”
IQC และอาจารย์ภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ ดร. Dmitry Pushin และกลุ่มของเขาได้สร้างโครงสร้างตะแกรงซิลิคอนขนาดเล็กที่มีลักษณะคล้ายส้อมสำหรับการศึกษาของพวกเขา อุปกรณ์เหล่านี้มีขนาดเล็กมากจนสามารถพบตะแกรงระยะการเคลื่อนที่ของส้อมมากกว่าหกล้านชิ้นได้ในเวลาเพียง 0.5 ซม. x 0.5 ซม. นิวตรอนแต่ละตัวเริ่มบิดเป็นรูปแบบเกลียวเมื่อมีกระแสนิวตรอนเดี่ยวผ่านอุปกรณ์นี้ กล้องนิวตรอนชนิดพิเศษบันทึกภาพนิวตรอนหลังจากที่พวกมันเคลื่อนที่ไป 19 เมตร กลุ่มสังเกตเห็นว่านิวตรอนทุกตัวเติบโตขึ้นจนกลายเป็นรอยโดนัทที่มีความกว้าง 10 ซม.
รูปแบบโดนัทของนิวตรอนที่แพร่กระจายบ่งชี้ว่าพวกมันอยู่ในสถานะขดลวดพิเศษ และอุปกรณ์ตะแกรงของกลุ่มได้สร้างคานนิวตรอนที่มีโมเมนตัมเชิงมุมในวงโคจรเชิงปริมาณ ซึ่งเป็นความสำเร็จในการทดลองครั้งแรกในประเภทนี้
Dr. Dmitry Pushin, IQC และอาจารย์ภาควิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่ Waterloo กล่าวว่า, “นิวตรอนได้รับความนิยมในการตรวจสอบการทดลองฟิสิกส์พื้นฐาน โดยใช้ระดับอิสระที่เข้าถึงได้ง่ายสามระดับ ได้แก่ การหมุน วิถี และพลังงาน ในการทดลองเหล่านี้ กลุ่มของเราได้เปิดใช้งานการใช้โมเมนตัมเชิงมุมของวงโคจรในคานนิวตรอน ซึ่งให้ระดับความเป็นอิสระเชิงปริมาณเพิ่มเติม ในการทำเช่นนั้น เรากำลังพัฒนากล่องเครื่องมือเพื่อระบุลักษณะและตรวจสอบวัสดุที่ซับซ้อนที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์ควอนตัมรุ่นต่อไป เช่น เครื่องจำลองควอนตัมและคอมพิวเตอร์ควอนตัม”
การอ้างอิงวารสาร:
- ดูซาน ซาเรแนค, เมลิสซา เฮนสัน และคณะ การทดลองสร้างคลื่นขดลวดนิวตรอน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า. ดอย: 10.1126/sciadv.add2002
