Eksperimentinis neutroninių spiralinių bangų realizavimas


Naujas kvantinis įrankis, sukurtas siekiant novatoriškų eksperimentinių pasiekimų

Holografinis požiūris į neutronų spiralinių bangų frontų, turinčių tiksliai apibrėžtą OAM, generavimą. (A) SEM vaizdai, apibūdinantys šakių dislokacijos fazės grotelių masyvą, naudojamą neutronų spiraliniams bangų frontams generuoti. Masyvai apėmė 0,5 cm x 0,5 cm plotą ir susideda iš 6 250 000 atskirų 1 μm – 1 μm šakių dislokacijos fazės grotelių, kurių periodas buvo 120 nm, aukštis 500 nm ir kiekviena buvo atskirta 1 μm pusės. Eksperimente buvo naudojami trys matricos su topologiniais krūviais q = 0 (standartinis grotelių profilis), q = 3 (parodyta čia) ir q = 7. (B) Kiekviena fazinė gardelė sukuria difrakcijos spektrus, susidedančius iš difrakcijos laipsnių (m), turinčių tiksliai apibrėžtą OAM reikšmę ℓ = mħq. (C) Intensyvumas tolimajame lauke yra signalo iš visų atskirų šakių dislokacijos fazių grotelių suma. Pateiktas surinktų mažo kampo neutronų sklaidos (SANS) duomenų pavyzdys. Kreditas: Mokslo pažanga (2022). DOI: 10.1126/sciadv.add2002

Pirmą kartą eksperimentinėje istorijoje Kvantinio skaičiavimo instituto (IQC) mokslininkai sukūrė įrenginį, kuris generuoja susuktus neutronus su tiksliai apibrėžtu orbitos kampiniu momentu. Anksčiau laikomas neįmanomu, šis novatoriškas mokslinis pasiekimas suteikia tyrėjams visiškai naują kelią tyrinėti naujos kartos kvantinių medžiagų kūrimą, pradedant nuo kvantinių skaičiavimų iki naujų pagrindinių fizikos problemų nustatymo ir sprendimo.

“Neutronai yra galingas zondas, leidžiantis apibūdinti atsirandančias kvantines medžiagas, nes jie turi keletą unikalių savybių”, – sakė daktaras Dusanas Sarenacas, Vaterlo universiteto Transformative Quantum Technologies IQC mokslinis bendradarbis ir techninis vadovas. “Jie turi nanometro dydžio bangos ilgį, elektrinį neutralumą ir gana didelę masę. Šios savybės reiškia neutronų gali prasiskverbti pro medžiagas, kurių negali rentgeno spinduliai ir šviesa.

Nors eksperimentinės gamybos ir analizės metodai orbitos kampinis momentas fotonuose ir elektronuose yra gerai ištirtos, a prietaisas dizainas naudojant neutronus iki šiol niekada nebuvo įrodytas. Dėl savo išskirtinių savybių mokslininkai turėjo sukurti naujus prietaisus ir sukurti naujus darbo su neutronais metodus.

Savo eksperimentuose daktaras Dmitrijus Pushinas, IQC ir Vaterlo Fizikos ir astronomijos katedros fakulteto narys, ir jo komanda sukonstravo mikroskopines šakutes primenančias silicio groteles. Šie prietaisai yra tokie smulkūs, kad tik 0,5 cm x 0,5 cm plote yra daugiau nei šeši milijonai atskirų šakių dislokacijos fazės grotelių.

Kai pavienių neutronų pluoštas praeina per šį įrenginį, atskiri neutronai pradeda vyniotis kamščiatraukiu. Nukeliavus 19 metrų, neutronų vaizdas buvo užfiksuotas naudojant specialųjį neutronas fotoaparatas. Grupė pastebėjo, kad kiekvienas neutronas išsiplėtė iki 10 cm pločio, primenančio spurgą.

Sklindančių neutronų spurgos raštas rodo, kad jie buvo perkelti į specialią spiralinę būseną ir kad grupės grotelių įtaisai sukūrė neutronų pluoštus su kvantiniu orbitos kampiniu momentu – tai pirmasis tokio pobūdžio eksperimentinis pasiekimas.

„Neutronai buvo populiarūs atliekant eksperimentinį patikrinimą fundamentalioji fizikanaudojant tris lengvai pasiekiamus laisvės laipsnius: sukimąsi, kelią ir energiją“, – sakė Pushinas.

“Šiuose eksperimentuose mūsų grupė leido panaudoti orbitinį kampinį impulsą neutronų pluoštuose, o tai iš esmės suteiks papildomą kvantuotą laisvės laipsnį. Tai darydami mes kuriame įrankių rinkinį, skirtą apibūdinti ir ištirti sudėtingas medžiagas, reikalingas kitai kartai. kvantinių prietaisų, tokių kaip kvantiniai simuliatoriai ir kvantiniai kompiuteriai.

Neseniai žurnale buvo paskelbtas Sarenaco, Pushino ir bendradarbių iš Vaterlo universiteto, Nacionalinio standartų ir technologijos instituto bei Oak Ridge nacionalinės laboratorijos darbas Eksperimentinis neutroninių spiralinių bangų realizavimas. Mokslo pažanga.

Daugiau informacijos:
Dusan Sarenac ir kt., Eksperimentinis neutroninių spiralinių bangų realizavimas, Mokslo pažanga (2022). DOI: 10.1126/sciadv.add2002

Citata: naujas kvantinis įrankis: eksperimentinis neutroninių spiralinių bangų realizavimas (2022 m. lapkričio 21 d.), gautas 2022 m. lapkričio 23 d. iš https://phys.org/news/2022-11-quantum-tool-experimental-neutron-helical.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.