Ультрахолодные нейтроны

Ультрахоло́дные нейтро́ны, нейтроны с энергией менее 10^–7 эВ. Длины волн де Бройля ультрахолодных нейтронов составляют 50–100 нм (существенно больше размеров атома), поэтому ультрахолодные нейтроны взаимодействуют с веществом, отражаясь от него с вероятностью 99,9 % (предсказано Я. Б. Зельдовичем в 1959). Это позволяет удерживать их в материальных ловушках и транспортировать по трубам (нейтроноводам) в виде своеобразного разреженного газа. Эффективная температура такого газа составляет 10^–3 К, поэтому эти нейтроны называют ультрахолодными.

Когерентное рассеяние ультрахолодных нейтронов на ядрах вещества приводит к тому, что в веществе возникает потенциальный барьер: нейтроны, энергия которых меньше потенциала нейтрон-ядерного взаимодействия вещества, оказываются запертыми в ловушке. В 1960 г. В. В. Владимирский показал, что за счёт взаимодействия магнитного момента нейтрона с магнитным полем ультрахолодные нейтроны можно удерживать также в магнитных ловушках (но только нейтроны одной поляризации).

Из-за высокой вероятности отражения от стенок ловушки ультрахолодные нейтроны могут совершать несколько тысяч соударений до поглощения или неупругого рассеяния в веществе. Общая длина пути ультрахолодных нейтронов в нейтроноводе может составлять несколько десятков метров.

Ультрахолодные нейтроны очень чувствительны к отражательной способности поверхности, что позволяет использовать их для элементного анализа поверхности и изучения динамики тепловых колебаний поверхностных атомов. Малая энергия ультрахолодных нейтронов не даёт им подняться на высоту более 1–2 м в гравитационном поле Земли. Это свойство легло в основу создания т. н. гравитационного спектрометра, дающего возможность определить энергию и время жизни нейтронов. Ультрахолодные нейтроны используются также для поиска электрического дипольного момента нейтрона.