НЕЙТРО́ННАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИ́Я

НЕЙТРО́ННАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИ́Я, экс­пе­рим. ме­тод, при­ме­няе­мый в ней­трон­ной фи­зи­ке для наи­бо­лее точ­ных из­мере­ний ам­пли­туд рас­сея­ния ней­тро­нов яд­ра­ми, а так­же для из­ме­ре­ния ма­лых воз­дей­ст­вий на ней­трон фи­зич. по­лей, напр. гра­ви­та­ци­он­ных или элек­тро­маг­нит­ных. Ха­рак­те­ри­сти­ки ам­пли­туд рас­сея­ния со­дер­жат важ­ную ин­фор­ма­цию о свой­ст­вах осн. ти­пов взаи­мо­дей­ст­вия (силь­но­го и элек­тро­маг­нит­но­го) ней­тро­нов с яд­ра­ми ато­мов и оп­ре­де­ля­ют ко­эф­фи­ци­ен­ты пре­лом­ле­ния и по­гло­ще­ния ней­трон­ных волн ве­ще­ст­вом.

В ос­но­ве Н. и. ле­жит яв­ле­ние ин­тер­фе­рен­ции ко­ге­рент­ных ней­трон­ных волн (см. Ин­тер­фе­рен­ция волн), про­пу­щен­ных че­рез об­лас­ти про­стран­ст­ва с раз­ны­ми свой­ст­ва­ми (че­рез ве­ще­ст­во или си­ло­вые по­ля). Прой­дя раз­ны­ми пу­тя­ми, та­кие вол­ны при­об­ре­та­ют раз­ные фа­зы и, скла­ды­ва­ясь в раз­ных точ­ках про­стран­ст­ва, да­ют ин­тер­фе­рен­ци­он­ную кар­ти­ну рас­пре­де­ле­ния плот­но­сти ней­тро­нов в про­стран­ст­ве.

Для на­блю­де­ния ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­ны ис­поль­зу­ют­ся ней­трон­ные ин­тер­фе­ро­мет­ры, в ко­то­рых вна­ча­ле про­ис­хо­дит рас­ще­п­ле­ние пер­во­на­чаль­ной ней­трон­ной вол­ны на две (в двух­пле­че­вых ин­тер­фе­ро­мет­рах) или бо­лее ко­ге­рент­ные вол­ны, а за­тем их со­вме­ще­ние. В од­но из плеч ин­тер­фе­ро­мет­ра по­ме­ща­ют ис­сле­дуе­мое ве­ще­ст­во ли­бо уст­рой­ст­во, соз­даю­щее маг­нит­ное или элек­трич. по­ле. В об­лас­ти пе­ре­кры­тия волн, про­шед­ших че­рез раз­ные пле­чи ин­тер­фе­ромет­ра, на­блю­да­ет­ся ин­тер­фе­рен­ци­он­ная кар­ти­на, ре­ги­ст­ри­руе­мая де­тек­то­ром ней­тро­нов. Чув­ст­ви­тель­ность ин­тер­фе­ро­мет­ра к взаи­мо­дей­ст­вию ней­тро­на с ве­ще­ст­вом или внеш­ним по­лем край­не вы­со­ка (от­но­сит. по­греш­ность оп­ре­де­ле­ния ам­пли­туд рас­сея­ния 3·10^–4).

Пер­вый ней­трон­ный ин­тер­фе­ро­метр по­стро­ен в 1962 нем. фи­зи­ка­ми Х. Май­ер-Лейб­ни­цем и Т. Шприн­ге­ром на ос­но­ве би­приз­мы Фре­не­ля. Од­на­ко про­стран­ст­вен­ное раз­де­ле­ние ней­тро­нов за счёт их от­кло­не­ния приз­мой бы­ло на­столь­ко ма­лó, что при по­мо­щи это­го уст­рой­ст­ва уда­лось на­блю­дать толь­ко два по­ряд­ка ин­тер­фе­рен­ции, а по­пыт­ки из­ме­рить ко­эф­фи­ци­ен­ты пре­лом­ле­ния ока­за­лись без­ус­пеш­ны­ми.

В на­стоя­щее вре­мя в Н. и. ко­ге­рент­ные пуч­ки ней­тро­нов по­лу­ча­ют с по­мо­щью со­вер­шен­ных кри­стал­лов (в осн. крем­ния), ис­поль­зуя яв­ле­ние ди­фрак­ции ней­тро­нов. Ин­тер­фе­ро­метр в про­стей­шем слу­чае пред­став­ля­ет со­бой три пла­сти­ны (на ка­ж­дой из ко­то­рых про­ис­хо­дит ди­фрак­ция ней­тро­нов), вы­ре­зан­ные из цель­но­го мо­но­кри­стал­ла и со­еди­нён­ные об­щим ос­но­ва­ни­ем. На пер­вом кри­стал­ле про­ис­хо­дит раз­де­ле­ние пуч­ка на два (пря­мой и ди­фра­ги­ро­ван­ный), на вто­ром об­ра­зу­ют­ся два схо­дя­щих­ся пуч­ка, а тре­тий кри­сталл иг­ра­ет роль сис­те­мы ще­лей, за ко­то­рой на­хо­дит­ся де­тек­тор. Та­кие ин­тер­фе­ро­мет­ры по­зво­ля­ют на­блю­дать мно­гие сот­ни по­ряд­ков ин­тер­фе­рен­ции. Впер­вые ин­тер­фе­ро­метр на со­вер­шен­ных кри­стал­лах для рент­ге­нов­ских лу­чей был пред­ло­жен в 1965 нем. фи­зи­ком У. Бон­зе и англ. фи­зи­ком М. Хар­том. В 1974 австр. фи­зи­ки Г. Ра­ух, В. Трей­мер совм. с Бон­зе экс­пе­ри­мен­таль­но про­де­мон­ст­ри­ро­ва­ли, что это уст­рой­ст­во мо­жет слу­жить и ней­трон­ным ин­тер­фе­ро­мет­ром.

В 1972 венг. фи­зик Ф. Ме­зеи пред­ложил но­вый тип ней­трон­но­го ин­тер­фе­ро­мет­ра, в ко­то­ром реа­ли­зу­ет­ся эф­фект спи­но­во­го эха. В 1986 рос. фи­зик А. И. Франк пред­ло­жил т. н. спи­но­вый ин­тер­фе­ро­метр, ба­зи­рую­щий­ся на Лар­мо­ра пре­цес­сии спи­на в ве­ще­ст­ве в маг­нит­ном по­ле. В этом слу­чае нет не­об­хо­ди­мо­сти в про­стран­ст­вен­ном раз­де­ле­нии пуч­ков: ин­тер­фе­ри­ру­ют ней­тро­ны в со­стоя­ни­ях с раз­ны­ми про­ек­ция­ми спи­на. Напр., при взаи­мо­дей­ст­вии маг­нит­но­го мо­мен­та ней­тро­на с маг­нит­ным по­лем ней­тро­ны с раз­ны­ми про­ек­ция­ми спи­на при­об­ре­та­ют раз­ные ки­не­тич. энер­гии и, сле­до­ва­тель­но, раз­ные дли­ны волн, а на оди­на­ко­вом пу­ти – и раз­ные фа­зы. Ин­тер­фе­рен­ция этих со­стоя­ний при­во­дит к пре­цес­сии спи­на ней­тро­на. В экс­пе­ри­мен­те из­ме­ря­ет­ся угол по­во­ро­та спи­на.

Для ис­сле­до­ва­ний с очень хо­лод­ны­ми и ульт­ра­хо­лод­ны­ми ней­тро­на­ми при­ме­ня­ют­ся ней­трон­ные ин­тер­фе­ро­мет­ры на ди­фрак­ци­он­ных и го­ло­гра­фич. ре­шёт­ках, а так­же ус­та­нов­ки с ин­тер­фе­рен­ци­он­ны­ми фильт­ра­ми – ней­трон­ные ана­ло­ги оп­тич. ин­тер­фе­ро­мет­ров Фаб­ри – Пе­ро.