Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Интерферометр, использующий нейтронную дифракцию для прецизионных измерений.
Interferometer using neutron diffraction to make precise measurements
В физике нейтронный интерферометр – это интерферометр, способный к дифракции нейтронов, что позволяет исследовать волновые свойства нейтронов и другие связанные с этим явления.
In physics, a neutron interferometer is an interferometer capable of diffracting neutrons, allowing the wave like nature of neutrons, and other related phenomena, to be explored.
Интерферометрия
Интерферометрия по своей сути зависит от волновой природы объекта. Как указал де Бройль в своей докторской диссертации, частицы, включая нейтроны, могут проявлять волновые свойства (так называемый волново-частичный дуализм, который теперь объясняется в рамках общей квантовой механики). Волновые функции отдельных интерференционных путей создаются и когерентно рекомбинируются, что требует применения динамической теории дифракции. Нейтронные интерферометры являются аналогами рентгеновских интерферометров и используются для изучения величин или эффектов, связанных с тепловыми нейтронами.
Interferometry inherently depends on the wave nature of the object. As pointed out by de Broglie in his PhD thesis, particles, including neutrons, can behave like waves (the so called wave–particle duality, now explained in the general framework of quantum mechanics). The wave functions of the individual interferometer paths are created and recombined coherently which needs the application of dynamical theory of diffraction. Neutron interferometers are the counterpart of X ray interferometers and are used to study quantities or benefits related to thermal neutron radiation.
Приложения
В 1975 году Вернер и Оверхаузер продемонстрировали квантовые сдвиги фаз нейтронных волн, вызванные гравитацией. Интерферометр был ориентирован таким образом, чтобы два пути располагались на разной высоте в гравитационном поле Земли. Чувствительности интерферометра было достаточно для регистрации сдвига фаз, обусловленного различным ускорением. Этот сдвиг фаз возникает из-за разницы во временном замедлении (расширении времени) вдоль двух путей.
In 1975 Werner and Overhauser demonstrated quantum phase shifts on neutron matter waves due to gravity. The interferometer was oriented such that two paths are at different heights in Earth's gravitational field. The interferometer was sufficiently sensitive to detected the phase shift due to different acceleration. The phase shift originates from time dilation differences along the two paths.
Строительство
Как и рентгеновские интерферометры, нейтронные интерферометры обычно изготавливаются из единого большого кристалла кремния, часто диаметром от 10 до 30 и более сантиметров и длиной от 20 до 60 см или более. Современная полупроводниковая технология позволяет легко выращивать большие монокристаллические слитки кремния. Поскольку слиток представляет собой единый кристалл, атомы в нем точно выровнены, с точностью до долей нанометра или ангстрема, по всему объему слитка. Интерферометр создается путем удаления всего, кроме трех пластин кремния, удерживаемых в идеальном выравнивании основанием. (Изображение) Нейтроны направляются на первую пластину, где, в результате дифракции на кристаллической решетке, разделяются на два пучка. На второй пластине они снова дифрагируют, и два пучка продолжают движение к третьей пластине. На третьей пластине пучки рекомбинируют, интерферируя конструктивно или деструктивно, завершая работу интерферометра. Без прецизионного выравнивания пластин с точностью до ангстрема, результаты интерференции были бы бессмысленны.
Like X ray interferometers, neutron interferometers are typically made from a single large crystal of silicon, often 10 to 30 or more centimeters in diameter and 20 to 60 cm or more in length. Modern semiconductor technology allows large single crystal silicon boules to be easily grown. Since the boule is a single crystal, the atoms in the boule are precisely aligned, to within small fractions of a nanometer or an angstrom, over the entire boule. The interferometer is created by removing all but three slices of silicon, held in perfect alignment by a base. (image) Neutrons impinge on the first slice, where, by diffraction from the crystalline lattice, they separate into two beams. At the second slice, they are diffracted again, with two beams continuing on to the third slice. At the third slice, the beams recombine, interfering constructively or destructively, completing the interferometer. Without the precise, angstrom level alignment of the three slices, the interference results would not be meaningful.
Холодные нейтроны
Первые эксперименты с нейтронным интерферометром были проведены в 1980-х годах. Эксперименты с холодными нейтронами появились позднее. Лишь недавно был разработан и успешно запущен нейтронный интерферометр для холодных и сверххолодных нейтронов. Нейтронные оптические элементы в данном случае состоят из трех дифракционных решеток. Они создаются искусственно голографическим методом, то есть с помощью оптической схемы интерференции двух волн, освещающей фотонный нейтроно-рефрактивный полимер. Механическая стабильность и частота счета имеют решающее значение для такого эксперимента. Следовательно, требуются эффективные, термически и механически стабильные оптические приборы.
The first neutron interferometer experiments were performed in the 1980s. Experiments with cold neutrons are more recent. Only recently, a neutron interferometer for cold and ultracold neutrons was designed and successfully run. Neutron optical components in this case comprise three gratings. They are artificially holographically produced, i. e., by means of a light optic two wave interference setup illuminating a photo neutron refractive polymer. Mechanical stability and count rates are crucial for such an experiment. Therefore, efficient, thermally and mechanically stable optical devices are needed.