НЕЙТРО́ННАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИ́Я
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
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.