Nötronları kullanan bir cihaz tasarımı, deneysel sentez teknikleri ve fotonlarda ve elektronlarda yörünge açısal momentumunun incelenmesine yönelik tekniklerin kapsamlı bir şekilde araştırılmasına rağmen, daha önce hiçbir zaman başarılı bir şekilde kanıtlanmamıştı. Nötronların benzersiz özellikleri vardır, bu nedenle araştırmacıların yeni araçlar geliştirmesi ve onlarla çalışmak için yeni yaklaşımlar geliştirmesi gerekiyordu.
Kuantum Hesaplama Enstitüsü'ndeki (IQC) bilim adamları, açıkça belirlenmiş yörüngelere sahip bükülmüş nötronlar üreten bir cihaz geliştirdiler açısal momentum Deneysel tarihte ilk kez. Daha önce imkansız olduğu düşünülen bu çığır açıcı bilimsel başarı, bilim adamlarına yeni nesil kuantum malzemelerin büyümesini araştırmak için yepyeni bir yol sunuyor. kuantum hesaplama temel fizikteki yeni problemleri keşfetme ve çözme.
IQC'de araştırma görevlisi ve Waterloo Üniversitesi'nde Dönüştürücü Kuantum Teknolojileri teknik lideri Dr. Dusan Sarenac şunları söyledi: "nötronlar ortaya çıkan kuantum materyallerinin karakterizasyonu için güçlü bir araştırmadır çünkü birçok benzersiz özelliğe sahiptirler. Nanometre boyutunda dalga boylarına, elektriksel nötrlüğe ve nispeten büyük bir kütleye sahiptirler. Bu özellikler, nötronların X ışınlarının ve ışığın geçemediği malzemelerden geçebileceği anlamına geliyor."
IQC ve Fizik ve Astronomi Bölümü öğretim üyesi Dr. Dmitry Pushin ve grubu, çalışmaları için çatallara benzeyen küçük silikon ızgara yapıları inşa etti. Bu cihazlar o kadar küçüktür ki, yalnızca 0.5 cm x 0.5 cm boyutlarında altı milyondan fazla çatal dislokasyon fazı ızgarası bulunabilir. Tek bir nötron akışı bu cihazdan geçerken, tek tek nötronlar tirbuşon şeklinde dönmeye başlar. Özel bir nötron kamerası, nötronların fotoğraflarını 19 metre ilerledikten sonra kaydetti. Grup, her nötronun 10 cm genişliğinde halka şeklinde bir iz haline geldiğini fark etti.
Yayılan nötronların halka şekli, bunların özel bir sarmal duruma getirildiğini ve grubun ızgara cihazlarının, türünün ilk deneysel başarısı olan, kuantize edilmiş yörüngesel açısal momentuma sahip nötron ışınları ürettiğini gösteriyor.
Dr. Dmitry Pushin, IQC ve Waterloo Fizik ve Astronomi Bölümü öğretim üyesi, şuraya, "Nötronlar, kolay erişilebilen üç serbestlik derecesi olan spin, yol ve enerji kullanılarak temel fiziğin deneysel olarak doğrulanmasında popüler olmuştur. Bu deneylerde grubumuz, nötron ışınlarında yörünge açısal momentumunun kullanılmasına olanak tanıyarak ilave bir nicemlenmiş serbestlik derecesi sağladı. Bunu yaparken, kuantum simülatörleri ve kuantum bilgisayarları gibi yeni nesil kuantum cihazları için ihtiyaç duyulan karmaşık malzemeleri karakterize etmek ve incelemek için bir araç kutusu geliştiriyoruz."
Dergi Referans:
- Dusan Sarenac, Melissa Henerson ve diğerleri. Nötron sarmal dalgalarının deneysel olarak gerçekleştirilmesi. Bilim Gelişmeler. DOI: 10.1126/sciadv.add2002
