Interferómetro de neutrones

En física , un interferómetro de neutrones es un interferómetro capaz de difractar neutrones , lo que permite explorar la naturaleza ondulatoria de los neutrones y otros fenómenos relacionados.

La interferometría depende intrínsecamente de la naturaleza ondulatoria del objeto. Como señaló de Broglie en su tesis doctoral, las partículas, incluidos los neutrones , pueden comportarse como ondas (la denominada dualidad onda-partícula , ahora explicada en el marco general de la mecánica cuántica ). Las funciones de onda de las trayectorias individuales del interferómetro se crean y recombinan de forma coherente, lo que requiere la aplicación de la teoría dinámica de la difracción . Los interferómetros de neutrones son la contraparte de los interferómetros de rayos X y se utilizan para estudiar magnitudes o beneficios relacionados con la radiación de neutrones térmicos .

En 1975, Werner y Overhauser demostraron cambios de fase cuánticos en ondas de materia de neutrones debido a la gravedad. El interferómetro estaba orientado de tal manera que dos trayectorias se encontraban a diferentes alturas en el campo gravitatorio terrestre. El interferómetro era suficientemente sensible para detectar el cambio de fase debido a la diferente aceleración. ^{[ 1 ]} El cambio de fase se origina por diferencias en la dilatación del tiempo a lo largo de las dos trayectorias. ^{[ 2 ]}

Al igual que los interferómetros de rayos X , los interferómetros de neutrones suelen estar hechos de un único cristal grande de silicio , a menudo de 10 a 30 centímetros o más de diámetro y de 20 a 60 cm o más de longitud. La tecnología moderna de semiconductores permite cultivar fácilmente grandes lingotes de silicio monocristalino . Dado que el lingote es un monocristal, los átomos en él están alineados con precisión, con una tolerancia de fracciones de nanómetro o angstrom , en todo el lingote. El interferómetro se crea retirando todas las láminas de silicio excepto tres, que se mantienen perfectamente alineadas mediante una base. (imagen) Los neutrones inciden en la primera lámina, donde, por difracción de la red cristalina , se separan en dos haces. En la segunda lámina, se difractan de nuevo, y los dos haces continúan hasta la tercera lámina. En la tercera lámina, los haces se recombinan, interfiriendo de forma constructiva o destructiva, completando así el interferómetro. Sin una alineación precisa, a nivel de angstrom, de las tres secciones, los resultados de la interferencia no serían significativos.

Los primeros experimentos con interferómetros de neutrones se realizaron en la década de 1980. Los experimentos con neutrones fríos son más recientes. Recientemente, se diseñó y se puso en marcha con éxito un interferómetro de neutrones para neutrones fríos y ultrafríos. ^{[ 3 ]} En este caso, los componentes ópticos de neutrones constan de tres rejillas. Estas se producen artificialmente de forma holográfica , es decir, mediante un sistema de interferencia óptica de dos ondas que ilumina un polímero fotorrefractivo de neutrones. La estabilidad mecánica y las tasas de conteo son cruciales para este tipo de experimento. Por lo tanto, se necesitan dispositivos ópticos eficientes, térmica y mecánicamente estables. ^{[ 4 ]}

• VF Sears, Óptica de neutrones , Oxford University Press (1998).
• H. Rauch y SA Werner, Interferometría de neutrones , Clarendon Press, Oxford (2000).