Kanada ve ABD'deki araştırmacılar tarafından iyi tanımlanmış bir yörüngesel açısal momentuma (OAM) sahip bir "bükülmüş" nötron ışını oluşturuldu. Bu, bir nükleer reaktörden gelen bir nötron demetinin özel bir kırınım ızgaraları dizisinden geçirilmesiyle yapıldı. İyi tanımlanmış bir OAM ile bir nötron ışınının ilk gözlemi olarak tanımlanan deney, ilk kez 2015 yılında bükülmüş nötronların geçici gözlemlerini bildiren bazı ekip üyelerinin birkaç yıllık çalışmasının doruk noktasıdır.
Kuantum mekaniğine göre, nötronlar gibi atom altı parçacıklar hem dalga hem de parçacık gibi davranırlar. Bu dalga-parçacık ikiliği, nükleer reaktörlerden ve hızlandırıcılardan gelen nötron ışınları kullanılarak malzemelerin iç yapılarının araştırıldığı geniş ve verimli nötron saçılma alanını ortaya çıkardı. Bu tür deneyler uzun süredir nötronun içsel açısal momentumunu (spin) kullansa da, fizikçiler ayrıca OAM taşıyan bükülmüş nötron ışınları yaratmaya ve tespit etmeye meraklıdır.
Araştırmacılar zaten kirişler oluşturabildiler. bükülmüş ışık ve bükülmüş elektronlar dalga cephelerinin yayılma yönü etrafında döndüğü ve böylece OAM taşıdığı. Bu ışınlar, kiral molekülleri incelemek ve optik telekom sistemlerinin kapasitesini artırmak da dahil olmak üzere çok çeşitli mevcut ve potansiyel uygulamalara sahiptir.
Deneysel zorluklar
Ancak şimdiye kadar fizikçiler, bükülmüş nötron demetleri oluşturmak için mücadele ettiler. 2015 yılında Dmitry Puşin ve Waterloo Üniversitesi'ndeki meslektaşları, Maryland ve Boston Üniversitesi'ndeki Ortak Kuantum Enstitüsündeki fizikçilerle birlikte bir makale yayınladılar. Tabiat o bir tekniği tarif etti bir nötron demetini spiral faz plakasından (SPP) geçirerek bükülmüş nötronlar oluşturmak için - bükülmüş ışık ve bükülmüş elektronlar oluşturmak için kullanılan bir cihaz.
Bunu, bir nötron ışınını ikiye bölerek ve bir ışın demetini SPP'den göndererek yaptılar. İki ışın daha sonra yeniden birleştirildi ve araştırmacılar yörüngesel açısal momentumla ilgili bir girişim etkisini ölçtüler. Ancak 2018'de bağımsız bir fizikçi ekibi yayınlanan hesaplamalar bu, Pushin ve meslektaşları tarafından ölçülen girişim etkisinin yörünge açısal momentumu ile ilişkili olmadığını gösterdi.
Pes etmeyen Pushin ve meslektaşları yeni bir yaklaşım benimsediler ve şimdi başarı iddiasında bulunuyorlar. Araştırmacılar, bir SPP kullanmak yerine, silikondan yapılmış milyonlarca özel ızgarayı içeren bir holografik teknik kullandılar. Her ızgaranın bir "çatal dislokasyonu" vardır, bu sayede ızgaradaki çizgilerden biri dört çizgiye ayrılarak çatal benzeri bir yapı oluşturur (şekle bakın).
Altı milyon ızgara
Her ızgara bir mikron kare ölçer ve 500 nm yüksekliğinde ve yaklaşık 120 nn ile ayrılmış silikon yapılardan oluşur. Dizi, 0.5×0.5 cm'lik bir alanı kaplar2 ve altı milyondan fazla bireysel ızgara içerir.
Fizikçiler 'bükülmüş' nötronlar hakkında şüphe uyandırdı
Ekip, sistemlerini Tennessee'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki Yüksek Akışlı İzotop Reaktöründe küçük açılı bir nötron saçılımı (SANS) ışın hattı üzerinde test etti. Araştırmacılar, SANS kurulumunun, uzak alandaki nötron ışınını haritalandırma yeteneği de dahil olmak üzere çeşitli avantajlar sunduğunu söylüyor; bu, bükülmüş nötronları oluşturmak için bir holografik tekniğin kullanılabileceği anlamına geliyordu. Ayrıca, ışın hattı üzerindeki enstrümantasyon, nötronların yörüngesel açısal momentumunu ölçmek için uyarlanabilir.
Diziden geçtikten sonra, nötron ışını 19 m'lik bir mesafe kat ederek bir nötron kamerasına ulaştı. Kamera tarafından çekilen görüntüler, belirli bir yörüngesel açısal momentum durumunda olan bir bükülmüş nötron demetinden beklenen ayırt edici halka biçimli deseni göstermektedir. Halka şeklindeki desenlerin çapı yaklaşık 10 cm idi.
Ekip, kurulumlarının maddenin topolojik özelliklerini - yeni kuantum teknolojilerinin geliştirilmesinde yararlı olabilecek özellikleri - incelemek için kullanılabileceğini söylüyor. Ayrıca, yörüngesel açısal momentumun nötronların madde ile etkileşimini nasıl etkilediğine dair temel çalışmalarda da kullanılabilir.
Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Bilim Gelişmeler.
