مقياس التداخل النيوتروني

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

في الفيزياء ، مقياس التداخل النيوتروني هو مقياس تداخل قادر على حيود النيوترونات ، مما يسمح باستكشاف الطبيعة الموجية للنيوترونات، وغيرها من الظواهر ذات الصلة.

قياس التداخل

يعتمد قياس التداخل بطبيعته على الطبيعة الموجية للجسم. وكما أشار دي برولي في أطروحته للدكتوراه، يمكن للجسيمات، بما فيها النيوترونات ، أن تتصرف كموجات (ما يُعرف بازدواجية الموجة والجسيم ، والتي تُفسَّر الآن في الإطار العام لميكانيكا الكم ). تُنشأ الدوال الموجية لمسارات مقياس التداخل الفردية وتُعاد تركيبها بشكل متماسك، الأمر الذي يتطلب تطبيق نظرية ديناميكية الحيود . تُعد مقاييس تداخل النيوترونات نظيرًا لمقاييس تداخل الأشعة السينية، وتُستخدم لدراسة الكميات أو الفوائد المتعلقة بإشعاع النيوترونات الحراري .

التطبيقات

في عام ١٩٧٥، أثبت فيرنر وأوفرهاوزر حدوث انزياحات طورية كمومية في موجات المادة النيوترونية نتيجةً للجاذبية. وُجِّه مقياس التداخل بحيث يكون مساران على ارتفاعين مختلفين في مجال جاذبية الأرض. وكان مقياس التداخل حساسًا بما يكفي لرصد الانزياح الطوري الناتج عن اختلاف التسارع. [ ١ ] ينشأ الانزياح الطوري من اختلافات تمدد الزمن على طول المسارين. [ ٢ ]

بناء

على غرار مقاييس التداخل بالأشعة السينية ، تُصنع مقاييس التداخل النيوتروني عادةً من بلورة سيليكون كبيرة واحدة، يتراوح قطرها غالبًا بين 10 و30 سنتيمترًا أو أكثر،  وطولها بين 20 و60 سنتيمترًا أو أكثر. تسمح تقنية أشباه الموصلات الحديثة بنمو بلورات سيليكون أحادية كبيرة بسهولة. ولأن البلورة أحادية، فإن ذراتها متراصفة بدقة متناهية، تصل إلى أجزاء صغيرة من النانومتر أو الأنجستروم ، على كامل سطحها. يُصنع مقياس التداخل بإزالة جميع شرائح السيليكون باستثناء ثلاث شرائح، تُثبّت في محاذاة مثالية بواسطة قاعدة. (صورة) تصطدم النيوترونات بالشريحة الأولى، حيث تنفصل، بفعل حيودها من الشبكة البلورية ، إلى شعاعين. عند الشريحة الثانية، تنحرف مرة أخرى، ويستمر الشعاعان إلى الشريحة الثالثة. عند الشريحة الثالثة، يتحد الشعاعان، متداخلين تداخلاً بناءً أو هدامًا، مُكملين بذلك عمل مقياس التداخل. بدون المحاذاة الدقيقة على مستوى الأنجستروم للشرائح الثلاث، لن تكون نتائج التداخل ذات معنى.

النيوترونات الباردة

أُجريت أولى تجارب مقياس التداخل النيوتروني في ثمانينيات القرن العشرين. أما التجارب التي تُجرى باستخدام النيوترونات الباردة فهي أحدث عهدًا. ومؤخرًا فقط، صُمم مقياس تداخل نيوتروني للنيوترونات الباردة وفائقة البرودة، وتم تشغيله بنجاح. [ 3 ] تتألف المكونات البصرية النيوترونية في هذه الحالة من ثلاث محززات. تُنتج هذه المكونات اصطناعيًا بتقنية الهولوغرام ، أي باستخدام جهاز تداخل ضوئي ثنائي الموجة يُضيء بوليمرًا ضوئيًا نيوترونيًا انكساريًا. يُعد الاستقرار الميكانيكي ومعدلات العد من العوامل الحاسمة لمثل هذه التجربة. لذلك، ثمة حاجة إلى أجهزة بصرية فعالة ومستقرة حراريًا وميكانيكيًا. [ 4 ]

مراجع

  1. ↑ كوليلا، ر.؛ أوفرهاوزر، أ. و.؛ فيرنر، س. أ. (1975). "ملاحظة التداخل الكمي الناتج عن الجاذبية" (ملف PDF) . رسائل المراجعة الفيزيائية . 34 (23): 1472-1474 . Bibcode : 1975PhRvL..34.1472C . doi : 10.1103/PhysRevLett.34.1472 .
  2. ↑ أبيل، هارتموت؛ ليب، هيلموت (14 مايو 2012). "الجاذبية وتجارب التداخل الكمي باستخدام النيوترونات" . المجلة الجديدة للفيزياء . 14 (5) 055010. arXiv : 1207.2953 . Bibcode : 2012NJPh...14e5010A . doi : 10.1088/1367-2630/14/5/055010 . ISSN 1367-2630 . S2CID 53653704 .  
  3. ↑ راوخ، هيلموت؛ فيرنر، صموئيل أ. (15 يناير 2015). قياس التداخل النيوتروني: دروس في ميكانيكا الكم التجريبية، وازدواجية الموجة والجسيم، والتشابك . مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-102125-1.
  4. ↑ هادن، الحوسين؛ إيسو، يوكو؛ كومي، أتسوكي؛ أوميموتو، كويتشي؛ جينكي، توبياس؛ فالي، مارتن؛ كليب، يورغن؛ توميتا، ياسوو (24 مايو 2022). "شبكات مركبة من جسيمات نانوية وبوليمر قائمة على الماس النانوي مع تعديل كبير للغاية لمعامل انكسار النيوترونات" . في: ماكلويد، روبرت ر.؛ توميتا، ياسوو؛ شيريدان، جون ت.؛ باسكوال فيلالوبوس، إنماكولادا (محررون). المواد الحساسة للضوء وتطبيقاتها II . المجلد 12151. ستراسبورغ، فرنسا: SPIE. الصفحات 70-76 . Bibcode : 2022SPIE12151E..09H . doi : 10.1117/12.2623661 . ISBN   978-1-5106-5178-4. S2CID 249056691 . 
  • VF Sears, Neutron Optics , Oxford University Press (1998).
  • H. Rauch and SA Werner, Neutron Interferometry , Clarendon Press, Oxford (2000).