Un experimento realizado por un equipo de investigadores dirigido por el Instituto de Computación Cuántica IQC de la Universidad de Waterloo muestra, por primera vez, que se puede controlar una propiedad de onda de los neutrones, Momentum Angular Orbital OAM.
Este nuevo control de los estados OAM de neutrones significa que los investigadores ahora pueden usar haces OAM de neutrones para ver dentro de los materiales que los rayos OAM ópticos, de rayos X o de electrones no pueden penetrar.
Este control puede ayudar a medir el magnetismo, por ejemplo, en materiales magnéticos, así como en sondas más profundas de materiales superconductores y quirales.
Los neutrones son la sonda elegida por muchos materiales. Los investigadores usan neutrones para aprender más sobre las propiedades del material, como la estructura cristalina o la firma magnética. Los neutrones son partículas masivas, penetrantes y neutras, y también exhiben propiedades ondulantes.
OAM está asociado con la rotación de un objeto alrededor de un eje fijo. Por ejemplo, el OAM de un planeta alrededor del sol está relacionado con la distancia del planeta al sol y su velocidad. El control de OAM ya se ha demostrado usandodiferentes métodos para haces de luz óptica, rayos X y electrones.
Fue en una charla sobre OAM de electrones donde el Profesor Asistente de Investigación Dmitry Pushin, miembro del Departamento de Física y Astronomía de Waterloo, y el colaborador Charles Clark del Joint Quantum Institute en Maryland concibieron la idea de controlar la OAM de neutrones. Pushin luego diseñóel experimento para demostrarlo
El experimento de Pushin usa neutrones creados por un reactor nuclear en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST y los pasa a través de un interferómetro Mach-Zehnder.
Aunque nunca hay más de un neutrón en el interferómetro en un momento dado, el neutrón puede considerarse como un pulso de ondas. Las ondas de neutrones se encuentran con una cuchilla de silicio y se rompen en subhaces. Entonces, uno de esos rayosgolpea una placa de fase espiral que imprime un giro en el haz de neutrones, dando un OAM diferente a las ondas que toman ese camino que las ondas que toman el otro camino. El giro cuantifica o enreda el camino.
Los subhaces luego golpean una segunda cuchilla de silicio que dirige los dos haces al mismo punto en la tercera cuchilla Antes de que los dos subhaces se fusionen e interfieran entre sí en la tercera cuchilla, una bandera de fase ajusta la fasede los subhaces de neutrones. Finalmente, el patrón de interferencia se registra en la tercera cuchilla en un detector bidimensional para confirmar que el OAM adicional se ha impartido de manera controlable.
"Antes, solo podíamos estudiar los grados de libertad de giro, trayectoria y energía de los materiales quirales", dijo Pushin, también investigador del programa NSERC CREATE para la ciencia e ingeniería de neutrones de materiales funcionales ". En principio, mostramosque podemos cambiar el OAM por cualquier valor especificado. Ahora podemos estudiar estos materiales con estructuras espirales como el ADN sin estar limitados por los grados de libertad para los estudios basados en neutrones ".
"El nuevo control sobre los estados OAM permite a los neutrones ahora investigar la helicidad de los materiales, incluidos los cristales líquidos, el orden magnético helicoidal y los materiales topológicos", dijo David Cory, Presidente de Investigación de Excelencia de Canadá y miembro de la facultad con IQC y el Departamento de Química ".Una oportunidad particularmente emocionante es combinar nuestro control cuántico de neutrones con el estudio y la ingeniería de materiales cuánticos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Waterloo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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